Pengertian Getaran. Getaran adalah suatu peristiwa gerak bolak- balik sebuah benda terhadap suatu titik kesetimbangan. Kesetimbangan yang dimaksud adalah keadaan di mana suatu benda berada pada posisi diam ketika gaya yang bekerja pada benda tersebut dihilangkan.
Contoh Getaran
Contoh contoh getaran yang sederhana di antaranya adalah getaran beban yang digantung pada ujung pegas, getaran senar gitar pada saat dipetik, getaran pada bandul sederhana, getaran atom pada zat padat, dan lain sebagainya.
Jenis Getaran
Getaran dibagi dalam dua jenis yaitu getaran mekanis dan getaran nonmekanis.
Getaran Mekanis
Getaran mekanis merupakan getaran dimana benda yang bergetar mengalami pergeseran linear atau pergeseran sudut.
Contoh Getaran Mekanis
Contoh getaran mekanis adalah Getaran Gong yang dipukul, getaran senar gitar pada saat dipetik, getaran pada bandul sederhana,
Getaran Non Mekanis
Sedangkan, getaran nonmekanis melibatkan perubahan pada besaran- besaran fisika.
Contoh Getaran Nonmekanis
Contoh dari getaran nonmekanis di antaranya adalah getaran pada medan listrik dan medan magnet.
Periode Getaran.
Periode getaran adalah selang waktu yang diperlukan sebuah benda untuk melakukan satu getaran lengkap. Dalam Sistem Internasional (SI), periode dilambangkan dengan T dan memiliki satuan sekon (s).
Rumus Periode Getaran
Secara umum periode dapat dinyatakan melalui persamaan yang diformulasikan dengan rumus berikut:
T = t/n
Dengan:
T = periode (satuan detik)
t = waktu (satuan detik)
n = jumlah getaran
Persamaan tersebut menyatakan bahwa periode adalah banyaknya waktu yang digunakan untuk menghasilkan sejumlah getaran. Ini artinya jumlah waktu persatuan getaran.
Frekuensi Getaran,
Frekuensi adalah banyaknya getaran dalam satu detik. Dalam Sistem Internasional (SI), frekuensi dilambangkan dengan f dan memiliki satuan Hertz (Hz). Satuan yang lebih besar adalah kiloHertz (kHz), megaHertz (MHz), atau gigaHertz (GHz). Satuan yang lain adalah cycle per second (cps), 1 cps = 1 Hz.
Rumus Frekuensi Getaran
Secara umum frekuensi dapat dinyatakan melalui persamaan yang diformulasikan dengan rumus berikut:
f = n/t
dengan:
f = frekuensi (Hz)
t = waktu (satuan detik)
n = jumlah getaran
Persamaan tersebut menyatakan bahwa frekuensi adalah banyaknya getaran yang terjadi dalam kurun waktu tertentu. Ini artinya jumlah getaran persatuan waktu.
dari kedua persamaan di atas yaitu persamaan periode dan frekuensi dapat dikatakan bahwa frekuensi merupakan kebalikan dari periode, maka di antara kedua persamaan tersebut berlaku hubungan sebagai berikut:
T = t/n atau n =t/T
f = n/t atau n = f x t
jadi
t/T = f x t
f = 1/T atau
T = 1/f atau
Contoh Soal Perhitungan Rumus Frekuensi Getaran
Sebuah garputala bergetar dengan frekuensi 100 Hz. Berapa banyaknya getaran yang dapat dilakukan oleh garputala tersebut selama 1 menit?
Diketahui:
f = 100Hz
t = 1 menit = 60 detik
Rumus Menentukan Jumlah Frekuensi Getaran
Frekuensi getaran dapat dinyatakan dengan persamaan rumus berikut
f = n/t
n = t f = 60 x 100 = 6000
sehingga, selama satu menit garputala tersebut dapat melakukan getaran sebanyak 6000 kali.
Soal Perhitungan Rumus Frekuensi Dan Periode Getaran
Benda bergerak dalam waktu 2 menit membuat 6.000 getaran. Berapa frekuensi dan periodenya?
Diketahui:
t = 2 menit = 120 detik
Jumlah getaran
Σgetaran = n = 6.000 getaran
Ditanyakan f dan T = …?
Rumus Mencari Frekuensi Getaran
Frekuensi getaran dirumuskan dengan persamaan berikut
f = n/t
f = 6000/120=50 Hz
T=1/f
T=1/(50)=0,02 detik
Sehingga, frekuensi getarannya adalah 50 Hz dan periodenya 0,02 detik.
Pengetian Gelombang dan Medium Rambatan Gelombang Bunyi
Secara sederhana dapat didefinisikan bahwa gelombang adalah getaran yang merambat. Gelombang adalah peristiwa perambatan energi dari satu tempat ke tempat lain. Rambatan bunyi merupakan contoh dari rambatan gelombang. Medium yang digunakan untuk pemindahan energi bunyi ini adalah udara.
Terjadinya suatu gelombang karena adanya peristiwa getaran, namun terjadinya getaran belum tentu akan menyebabkan suatu gelombang.
Syarat Adanya Gelombang
Syarat agar suatu gelombang dapat terjadi adalah adanya medium dan energi. Sedangkan, gelombang yang tidak memerlukan medium dalam perambatannya adalah gelombang elektromagnetik. Contoh gelombang yang tidak butuh medium rambat adalah energi matahari yang merambat sampai ke bumi dalam bentuk gelombang elektromagnetik.
Jenis Gelombang
Berdasarkan pada arah getar dan arah rambatannya, gelombang dapat dibedakan menjadi dua, yaitu gelombang transversal dan gelombang longitudinal.
Gelombang Transversal
Gelombang transversal adalah gelombang yang arah getarannya tegak lurus dengan arah rambatan gelombang. Gelombang transversal dapat digambarkan sebagai berikut.
Contoh Gelombang Transversal
Contoh dari gelombang transversal adalah gelombang air. Ketika kerikil dilemparkan ke kolam, maka pada air kolam akan terjadi gelombang transversal. Arah getaran air naik- turun, sedangkan arah rambat gelombang menyebar membentuk lingkaran ke arah sisi.
Gelombang Longitudinal
Gelombang longitudinal adalah gelombang yang arah getarannya sama (sejajar) dengan arah rambatan gelombangnya.
Contoh Gelombang Longitudinal
Contoh gelombang longitudinal adalah gelombang bunyi.
Panjang Gelombang
Panjang gelombang adalah jarak yang ditempuh oleh gelombang dalam satu periode. Pada gelombang transversal dan gelombang longitudinal, panjang gelombang adalah jarak antara dua titik yang memiliki fase gelombang yang sama.
Panjang gelombang biasanya diberi notasi atau dilambangkan dengan λ dan baca lambda. Dalam Sistem Internasional (SI), satuan Panjang gelombang adalah meter (m).
Periode Gelombang
Periode adalah waktu yang dibutuhkan untuk melakukan satu gelombang. Periode dilambangkan dengan huruf kapital T. Dalam Sistem Internasional (SI), satuan periode adalah detik (s).
Frekuensi Gelombang
Frekuensi adalah jumlah gelombang yang terbentuk selama satu detik. Artinya jumlah geleombang yag terbentuk persatuan waktu. Frekuensi dilambangkan dengan huruf kecil f. Dalam Sistem Internasional (SI), satuan frekuensi adalah Hertz (Hz).
Cepat Rambat Gelombang
Cepat rambat gelombang adalah jarak yang ditempuh oleh gelombang selama satu detik. Atau jarak yang ditempuh gelombang persatuan waktu.
Rumus Cepat Rambat Gelombang
Cepat rambat gelombang dilambangkan dengan huruf kecil v. Dalam Sistem Internasional (SI), satuan cepat rambat gelombang adalah m/s. Secara matematis, cepat rambat gelombang dapat dinyatakan dengan persamaan yang diformuasikan dengan rumus sebagai berikut:
v = Δs/Δt
v = cepat rambat gelombang (m/s)
s = perpindahan (m)
t = waktu tempuh (s)
Pada gelombang, dalam periode T, jarak tempuhnya sama dengan Panjang gelombangnya λ, sehingga cepat rambat gelombangnya dapat diformulasikan dengan rumus berikut
v = Δs/Δt = λ/T atau
v = λf
Contoh Soal Perhitungan Rumus Cepat Rambat Gelombang
Cepat rambat sebuah gelombang adalah 100 m/s. Jika panjang gelombang tersebut adalah 5 m, berapa frekuensi gelombang tersebut?
Diketahui:
v = 100 m/s
λ = 5 m
Rumus Menentukan Cepat Rambat Gelombang
Cepat rambang suatu gelombang dapat dinyatakan dengan menggunakan persamaan rumus berikut:
v = λf atau
f = v/ λ
f = (100 m/s)/ (5 m)
f = 20 Hz
Jadi, frekuensi gelombang tersebut adalah 50 Hz.
Contoh Soal Ujian Getaran dan Gelombang.
Soal 1. Berikut ini yang paling tepat untuk menyatakan sebuah getaran ialah gerakan ….
bolak-balik benda
bolak-balik benda secara periodik di sekitar titik keseimbangannya
periodik benda tanpa lintasan yang pasti
benda dengan lintasan yang pasti
Soal 2. Frekuensi dinyatakan sebagai ….
jumlah getaran tiap sekon
waktu yang dibutuhkan untuk terjadi satu getaran
simpangan terbesar benda yang bergetar
kemampuan bergetar
Soal 3. Pernyataan tentang gelombang di bawah ini yang betul adalah ….
salah satu bentuk energi
getaran yang merambat
getaran tunggal
bentuk lain dari getaran
Soal 4. Gelombang yang arah rambat gelombangnya tegak lurus terhadap arah getarannya disebut gelombang ….
transversal
longitudinal
elektromagnetik
mekanik
Soal 5. Dalam rambatan gelombang mekanik, ….
molekul-molekul zat antara akan ikut menjalar
zat antara tidak ikut merambat
gelombang dan molekul zat antara berjalan sejajar
gelombang dan zat antara saling bersilangan
Soal 6. Jumlah getaran yang terjadi tiap satuan waktu disebut ….
Pengertian Usaha. Dalam ilmu fisika Usaha umumnya didefinisikan sebagai hasil kali antara gaya dan perpindahan benda. Satuan usaha dalam SI adalah Joule (J). Usaha secara matematis dapat diformulasikan dengan rumus sebagai berikut
W = F s
W = usaha (satuan Joule, J)
F = gaya (satuan Newton, N)
s = perpindahan (satuan meter, m)
Persamaan tersebut menyatakan Usaha sebesar satu Joule dihasilkan atau dikeluarkan oleh gaya sebesar satu Newton untuk memindahkan benda sejauh satu meter.
Rumus Efisiensi Pakai Daya Energi Usaha
Konsep efisiensi adalah suatu perbandingan antara energi atau daya yang dihasilkan dibandingkan dengan usaha atau daya masukan. Efisiensi dirumuskan sebagai berikut.
η = (Wo/Wi) x100% atau
η = (Po/Pi) x 100%
η = efisiensi (%)
Wo = usaha yang dihasilkan (joule)
Wi = usaha yang dimasukkan atau diperlukan (joule)
Po = daya yang dihasilkan (watt)
Pi = daya yang dimasukkan atau dibutuhkan (watt)
Contoh Soal Ujian Perhitungan Rumus Usaha.
Berapakah besarnya usaha yang harus dikeluarkan untuk memindahkan lemari sejauh lima meter dari tempat semula, jika berat lemari adalah 1000 Newton..
Pembahasan:
Diketahui:
F = 1000 N
s = 5 meter
Ditanya Usaha W =…
Jawab
W = F x s
W = 1000 N x 5 m
W = 5000 Nm
W = 5 kJ
Jadi usaha yang diperlukan untuk memindahkan lemari seberat 1000 Newton sejauh lima meter adalah lima kilo joule.
Contoh Contoh Soal Lainnya Beserta Jawaban Ada Di Akhir Artikel
Pengertian Energi
Pengertian Energi. Dalam ilmu fisika Energi dapat didefinisika sebagai kemampuan untuk melakukan suatu usaha atau kerja. Energi kehidupan biasa lebih umum disebut sebagai tenaga.
Energi merupakan besaran turunan dengan satuan Joule (J) sama dengan satuan usaha. Energi merupakan sesuatu yang tidak dapat diciptakan dan dimusnahkan. Energi hanya dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk yang lainnya.
Terdapat suatu hukum yang menguatkan pernyataan di atas dan dikenal dengan Hukum Kekekalan Energi.
Adapun Bunyi pernyataan dari hukum kekekalan energi adalah:
“Energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan, energi hanya dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk lain”.
Jenis Bentuk Energi
Adapun Bentuk atau jenis – jenis energi adalah energi mekanik, energi kimia, energi panas atau kalor, energi listrik, dan energi cahaya.
Energi Mekanik
Energi mekanik adalah energi yang berkaitan dengan gerak atau kemampuan untuk melakukan Gerakan. Energi mekanik dapar diformuasikan secara matematis dengan rumus sebagai berikut
Em = Ek + Ep
Dengan keterangan:
Em = energi mekanik
Ek = energi kinetik
Ep = energi potensial
Jadi energi mekanik merupakan total energi yang dimiliki oleh benda yang merupakan penjumlahan dari energi kinetic dan potensial. Energi ini menunjukkan benda yang bergerak dengan memiliki jarak tertentu dari permukaan acuan.
Sebuah pesawat terbang yang sedang terbang maka pesawat tersebut mempunyai dua energi sekaligus, yaitu energi kinetik dan energi potensial.
Energi Kinetik
Energi kinetik merupakan energi yang dimiliki oleh benda karena geraknya atau Kelajuannya. Jadi Energi kinetik dimiliki oleh benda yang sedang bergerak. Besar energi kinetik sebanding dengan massa benda dan sebanding dengan kuadrat kelajuan atau kecepatannya.
Energi kinetic secara matematis dapat diformulasikan dengan rumus sebagai berikut:
Ek = ½ mv2
Dengan keterangan:
Ek = energi kinetik (satuan Joule, J)
m = massa benda (satuan kg)
v = kecepatan gerak benda (satuan m/s)
Contoh Soal Ujian Perhitungan Rumus Energi Kinetik
Sebuah sepeda motor dengan massa 100 kg bergerak dengan kecepatan 36 km/jam. Hitunglah Berapakah energi kinetik yang dimiliki oleh sepeda motor tersebut.
Penyelesaian:
Diketahui :
m = 100 kg
v = 36 km/jam atau
v = 10 m/s
Ditanya Energi kinetic Ek = …
Jawab :
Ek = 1⁄2 . m . v2
Ek = 1⁄2 . 100 kg . 102 (m/s)2
Ek = 5.000 joule atau
Ek = 5 kJ
Jadi energi kinetic yang dimiliki oleh sepeda motor yang sedang melaju dengan kecepatan 10 m/detik adalah 5 kilo joule.
Contoh Contoh Soal Lainnya Beserta Jawaban Ada Di Akhir Artikel
Energi Potensial
Energi potensial adalah energi yang dimiliki benda karena posisi atau kedudukannya. Energi potensial dimiliki oleh benda yang diam pada jarak tertentu dari suatu permukaan acuan (tanah/ bumi). Energi potensial secara matematis dapat diformulasikan dengan rumus sebagai berikut
Ep = m g h
Ep = mgh
Dengan Keterangan:
Ep = energi potensial (satuan Joule, J)
m = massa benda (satuan kg)
g = percepatan gravitasi (satuan m/s2)
h = ketinggian benda dari acuan (satuan meter, m)
Contoh Soal Perhitungan Rumus Energi Potensial
Buah pepaya yang memiliki massa 500 gram tergantung pada pohonnya pada ketinggian 5 meter di atas tanah. Jika percepatan gravitasi di tempat itu adalah10 m/s2. Hitunglah berapa energi potensial yang dimiliki oleh pepaya tersebut?
Penyelesaian :
Diketahui : m = 500 gram = 0,5 kg
h = 5 m
g = 10 m/s2
Ditanyakan energi potensial Ep = …?
Jawab :
Ep = m . g . h
Ep = 0,5 m x 10 m/s2 x 5 m = 25 joule
Jadi energi potensial yang tersimpan dalam buah papaya pada ketinggian lima meter dari tanah adalah 25 joule.
Contoh Contoh Soal Lainnya Beserta Jawaban Ada Di Akhir Artikel
Pengertian Daya
Daya didefinisikan sebagai laju atau kecepatan dalam suatu usaha. Daya merupakan usaha persatuan waktu. Daya dapat diformulasikan secara matematis dengan rumus sebagai berikut
P = W/t
Dengan keterangan
P = daya (satuan watt, W)
W = usaha (satuan Joule, J)
t = selang waktu (satuan detik, s)
Contoh Soal Perhitungan Rumus Daya
Sebuah alat pendingin AC rumah dengan daya 1 pk digunakan selama satu jam. Berapakah usaha yang telah dilakukan oleh pendingin AC tersebut.
Pembahasan :
Diketahui :
P = 1 pk = 746 watt
t = 1 jam = 3600 detik
Ditanya usaha W =…
Jawab :
P = W/t atau
W = P . t = 746 x 3600
W = 2.685.600 joule atau 2.685,6 kJ
Jadi usaha yang telah dilakukan oleh pendingin AC selama satu jam adalah: 2.685,6 kJ atau dibulatkan menjadi 2,7 MegaJ.
Contoh Contoh Soal Lainnya Beserta Jawaban Ada Di Akhir Artikel
Energi Kimia
Energi kimia adalah energi yang tersimpan dalam persenyawaan kimia. Energi kimia terdapat pada bahan makanan yang biasa dikonsumsi manusia, seperti nasi, ikan, telur, dan susu. Selain itu energi kimia juga terdapat dalam bahan bakar, seperti kayu arang, batubara, minyak, dan gas alam.
Energi Panas
Energi panas yang lebih dikenal dengan sebutan kalor adalah energi yang dihasilkan oleh gerak internal partakel partikel dalam suatu zat. Sumber energi panas yang sangat besar berasal dari Matahari.
Energi Listrik
Energi listrik adalah energi yang disebabkan oleh adanya arus listrik yaitu muatan listrik yang mengalir. Energi listrik dipindahkan dalam bentuk aliran muatan listrik melalui kawat logam konduktor yang disebut arus listrik.
Energi listrik dapat diubah menjadi bentuk energi yang lain seperti energi gerak, energi cahaya, energi panas, atau energi bunyi. Energi listrik sangat dekat dengan kehidupan manusia karena sangat dibutuhkan untuk mempermudah segala aktivitas kehidupan.
Penggunaan energi listrik di antaranya untuk penerangan di malam hari dan mengoperasikan alat- alat elektronik dan alat komunikasi.
Energi Cahaya
Energi cahaya adalah energi yang dihasilkan oleh gelombang elektromagnet. Energi cahaya alami dan terbesar adalah energi cahaya yang berasal dari matahari.
Perubahan Bentuk Energi
Energi dapat berubah dari satu bentuk energi menjadi energi yang lainnya. Berikut beberapa Conoh Perubahan energi di antaranya adalah:
a) Perubahan energi listrik menjadi energi panas, misalnya pada kompor listrik.
b) Perubahan energi listrik menjadi energi mekanik, misalnya gergaji listrik.
c) Perubahan energi mekanik menjadi energi listrik, misalnya turbin atau generator.
d) Perubahan energi listrik menjadi energi cahaya, misalnya pada lampu.
d) Perubahan energi kimia menjadi energi mekanik, misalnya pada accu atau akumulator.
1).Contoh Soal Perhitungan Usaha Gaya Benda Bergerak Bidang Datar,
Sebuah benda bermassa m = 4 kg ditarik dengan gaya 60 N yang membentuk sudut 600 terhadap permukaan bidang datar (lihat gambar). Hitung Usaha yang dilakukan gaya tersebut untuk memindahkan benda sejauh 10 m adalah …
Contoh Soal Perhitungan Usaha Gaya Benda Bergerak Bidang Datar,
Penyelesaian
Menghitung Usaha Pada Gaya Miring Benda Bergerak
W = F.s
W= 60 cos (60°). 10
W = (60) (1/2) (10)
W = 300 joule
2). Contoh Soal Rumus Perhitungan Gaya Gesek Benda Bergerak
Sebuah benda dengan massa 40 kg ditarik sejauh 50 m sepanjang lantai horizontal dengan gaya tetap 200 N dan membentuk sudut 60o terhadap arah mendatar. Jika gaya gesek terhadap lantai 50 N, maka tentukan usaha yang dilakukan oleh masing-masing gaya!
Contoh Soal Rumus Perhitungan Gaya Gesek Benda Bergerak
Diketahui:
F = 200 N
a1 = 60o
Fg = 50 N
s = 50 m
Ditanya:
W = … ?
Jawab:
Menghitung Usaha Gaya Pada Benda Bergerak
Usaha yang dilakukan oleh Gaya F adalah:
W1 = F1.s.cos a1
W1= 200 x 50 x cos 60o
W1 = 10.000 x (0,5)
W1= 5.000J
Mnghitung Usaha Dari Gaya Gesek Benda
Usaha yang dilakukan oleh gaya gesek Fg adalah:
W2 = Fg. s. cos a2
W2 = 50 x 50 x cos 180o
W2 = 2500 x (-1)
W2 = -2500 J
Wt = W1 + W2
Wt = 5000 J – 2.500 J = 2.500 J
Soal ini dapat juga diselesaikan dengan cara seperti berikut
∑Fx = F.cos a1 – Fg
∑Fx = 200 . cos 60o – 50 N
∑Fx = 200 x (1/2) – 50 N
∑Fx = 100 N – 50 N
∑Fx = 50 N
W = ∑Fx . s
W = 50 N x 50 m = 2500 J
3). Contoh Soal Perhitungan Usaha Sepeda Motor Saat Rem
Massa pengerndara dan sepeda motor sebesar 200 kg meluncur dengan kelajuan 50 m/s dan kemudian motor direm melambat hingga berhenti setelah 10 detik. Hitung usaha yang dilakukan selama pengereman berlangsung.
Diketahui:
m = 200 kg
vo = 50 m/s
t = 10 detik
vt = 0
Menghitung perlambatan kecepatan (percepatan tanda negative) dapat dihitung dengan rumus berikut:
vt = vo + a.t
0 = 50 m/s + a (10 s)
a = – 5 m/s2
Menghitung Jarak Pengereman Sepeda Motor
s = v0 t + ½ a t2
s = (50) (10) + ½ (-5) (10)2
s = 500 – 250
s = 250 m
Menghitung Usaha Selama Motor Ngerem
W = F.s
W = m.a.s
W = 200 x (-5) x 250
W = -250.000J
W = -250 kJ
Jadi besarnya usaha yang dilakukan selama pengereman adalah –250 kJ.
4). Contoh Soal Perhitungan Usaha Gaya Angkat Benda Ke Atas
Sebuah balok dengan massa 40 kg di atas lantai diangkat sampai di atas meja dengan ketinggian 5 m. Jika g = 10 m/s2, maka hitung besarnya usaha yang dilakukan pada balok tersebut!
Diketahui :
m = 40 kg
g = 10 m/s2
s = 5 m
Ditanyakan:
W = Usaha
Jawab :
Menghtiung Usaha Ngakat Benda Ke Atas Meja
Usaha yang dibutuh untuk angkat benda ke atas dapat dinyatakan dengan rumus berikut
F = w = m · g
W = F · s
W = m · g · s
W= 40 · 10· 5
W = 2.000 J
W = 2 kJ
Jadi, besarnya usaha yang dilakukan adalah 2 kJ.
5). Contoh Soal Perhitungan Energi Potensial
Sebuah benda yang bermassa 4 kg berada di permukaan tanah. Kemudian, benda tersebut dipindahkan ke atas meja yang memiliki ketinggian 1,0 m dari tanah. Berapakah perubahan energi potensial benda tersebut? (g = 10 m/s2).
Jawab
Diketahui:
m = 4 kg,
h2 = 1,0 m, dan
g = 10 m/s2.
Menghitung Perubahan Energi Potensial Benda Ke Atas:
ΔEp = m.g (h2 – h1)
ΔEp = (4 kg) (10 m/s2) (1,0 m – 0 m)
ΔEp = 40 kg.m/s2 x 1,0 m
ΔEp = 40 joule
Jadi, perubahan energi potensialnya 25 joule.
6). Contoh Soal Perhitungan Energi Potensial Bola Dilempar Vertikal Ke Atas
Sebuah bola bermassa 400 gram dilempar vertikal ke atas hingga mencapai ketinggian 5 m. Bila g = 10 m/s2, hitunglah energi potensial benda pada ketinggian tersebut!
Diketahui :
m = 400 g = 0,4 kg
h = 5 m
g = 10 m/s2
Ditanyakan :
Ep = ….?
Jawab:
Menghitung Energi Potensial Bola Dilempar
Ep = m g h
Ep = 0,4 · 10 · 5
Ep = 20 J
Jadi, energi potensial yang dimiliki benda sebesar 20 J.
7). Contoh Soal Perhitungan Energi Kinetik Burung Terbang
Seekor burung terbang dengan kelajuan 20 m/s. Bila massa burung tersebut adalah 400 gram, maka hitunglah energi kinetic yang dimiliki burung?
Diketahui :
v = 20 m/s
m = 400 g = 0,4 kg
Ditanyakan:
Ek = …. ?
Jawab:
Menghitung Energi Kinetik Burung Terbang
Ek = ½ mv2
Ek = ½ (0,4) x (20)2
Ek = 0,2 x 400
Ek = 80 J
Jadi, energi kinetik yang dimiliki burung sebesar 80 J.
8). Contoh Soal Energi Kinetik Benda Diam Dan Gerak
Sebuah benda bermassa 2 kg mula-mula diam, kemudian bergerak lurus dengan percepatan 5 m/s2. Berapakah usaha yang diubah menjadi energi kinetik setelah 2 sekon?
Diketahui:
m = 2 kg
a = 5 m/s2
v0 = 0
t = 2 s
Ditanya:
W=… ?
Jawab:
v = v0 + a.t
v = 0 + (5)(2) = 10 m/s
Menghitung Energi Kinetik Benda Bergerak
W = ΔEk
W = Ek – Ek0
W = ½ m.v2 – ½ m. v02
W = ½ x 2 x (10)2 – 0
W = 100 J
9). Contoh Soal Perhitungan Gaya Pengereman Mobil Bidang Miring
Sebuah mobil bermassa 1200 kg menuruni sebuah bukit bersudut 300 seperti ditunjukkan pada gambar. Pada saat laju mobil 12 m/s, pengemudi mengunjak rem. Hitung berapa gaya konstan F yang sejajar dengan jalan yang terjadi jika mobil berhenti setelah menempuh jarak 100 meter.
Contoh Soal Perhitungan Gaya Pengereman Mobil Bidang Miring
Diketahui
m = 1200 kg
a = 30o
v1 = 12 m/s
v2 = 0
h2 = 0
h1 = 100 sin(300)
h1 = 50 m
s = 100 m
Besar energi total mobil adalah
Ek + EP = W
Menghitung Energi Kinetik Mobil
Ek = ½ m.v22 – ½ m. v12
Ek = (0) – ½ (1200) (12)2
Ek = – 86.400 J
Menghitung Energi Potensial Mobil
Ep = m.g.h2 – m.g.h1
Ep = (1200)(9,8)(0) – (1200)(9,8)(100 sin30o)
Ep = 0 – (11760)(50)
Ep = 588.000 J
Menghitung Usaha Pengereman Mobil
W = Ek + EP
W = – 86.400 + – 588.000
W = 674.000 J
Menghitung Gaya Pengereman Mobil
W = F.s
F = W/s
F = 674.000/100
F = 6740 J
F = 6,74 kJ
10). Contoh Soal Perhitungan Energi Kinetik dan Jarak Benda Bergerak
Sebuah benda bermassa 4 kg berada dalam keadaan diam pada sebuah bidang datar yang licin. Kemudian, pada benda tersebut bekerja sebuah gaya F = 50 N sehingga kecepatannya menjadi 10 m/s. Tentukanlah usaha yang dilakukan oleh gaya F, dan jarak yang telah ditempuh benda tersebut.
Jawab
Diketahui:
v1 = 0, awal benda diam,
v2 = 10 m/s,
m = 4 kg.
F = 50 N
Rumus Menghintung Usaha Benda Bergerak
Usaha Yang dilakukan Gaya F adalah energi kinetic dan dapat dinyatakan dengan persamaan berikut:
W = ½ m.v22 – ½ m.v12
W = ½(4 kg) x (10m/s)2 – 0
W = 200 Joule
Rumus Menghitung Jarak Tempuh Benda Energi Kinetik
Jarak yang ditempuh benda akibat adanya energi kinetic dapat dihitung dengan rumus berikut
W = F . s
s = W/F
s = 200/50
s = 4 sekon
11). Contoh Soal Rumus Perhitungan Daya Naik Tangga
Seseorang yang massanya 60 kg berlari menaiki tangga yang tingginya 5 m dalam waktu 6 sekon. Berapakah daya yang dihasilkan orang tersebut? (g = 10 m/s2).
Diketahui:
m = 60 kg
h = 5 m
t = 6 s
g = 10 m/s2
Ditanya:
P = … ?
Jawab:
Rumus Menghitung Daya Banda Gerak Naik
P = (F.s)/t = (m.g.h)/t
P = (60 x 10 x 5)/6
P = 500 watt
12). Contoh Soal Perhitungan Daya Orang Naik Tangga Tower
Seorang petugas PLN yang massanya 60 kg menaiki tangga sebuah tower yang tingginya 20 m dalam waktu 4 menit. Jika g = 10 m/s2, berapakah daya yang dikeluarkan petugas PLN tersebut?
Jawab
Diketahui:
m = 60 kg,
h = 20 m,
t = 4 menit x 60 = 240 sekon
g = 10 m/s2.
Jawab:
Rumus Mengitung Usaha Naik Tangga Tower
Usaha untuk menaiki tangga tower dapat dinyatakan dengan rumus berikut
W = m.g.h
W= (60kg)(10m/s2)(20m)
W = 12000 Joule
Rumus Menghitung Daya Naik Tangga
Daya Yang dikeluarkan dapat dihitung dengan rumus berikut
P = W/t
P = 12000/240
P = 50 watt
13). Contoh Soal Perhitungan Daya Pesawat Terbang
Sebuah mesin pesawat terbang mampu memberikan gaya dorong sebesar 400 kN. Berapakah daya yang dihasilkan mesin ketika pesawat mengangkasa dengan kecepatan 500 m/s?
Jawab
Diketahui:
F = 400.000 N dan
v = 500 m/s
P = F.v
P = (400.000 N)(500 m/s)
P = 200.000.000 watt
P = 200 Mega watt
15). Contoh Soal Perhitungan Daya Pacu Kelajuan Mobil
Sebuah mobil bermassa 1 ton dipacu dari kelajuan 36 km/jam menjadi 144 km/jam dalam 3 sekon. Jika efisiensi mobil 80 %, tentukan daya yang dihasilkan mobil!
Diketahui:
m = 1 ton = 1000 kg
v1 = 36 km/jam
v1 = 10 m/s
v2 = 144 km/jam
v2 = 40 m/s
t = 3 s
Ditanyakan:
P = . . .?
Jawab:
Menentukan Usaha Yang Dilakukan Mobil
Usaha yang dilakukan mobil merupakan perubahan energi kinetic, karena mobil bergerak di jalan tidak memiliki energi potensial. Sehingga dapat dinyatakan dengan rumus berikut:
W = Ek = ½ m.v22 – ½ m.v12
W = ½ (1000)x (402 – 102)
W = 500 x (1500)
W = 750.000 J
W = 750 kJ
Menentukan Daya Yang Dibutuhkan Oleh Mobil
Pi = W/t
Pi = 750kJ/3
Pi = 250 kJ
Menentukan Daya Dihasilkan Mobil
eff = (Po/Pi) x 100%
Po = eff x Pi
Po = 80% x 250 kJ
Po = 200 kWatt
16). Contoh Soal Rumus Perhitungan Daya Pompa Air
Sebuah mesin pompa air dapat memindahkan air sebanyak 600 liter ke dalam bak pada ketinggian 10 meter selama 5 menit. Jika efisiensi mesin pompa adalah 80 persen, hitung daya listrik rata rata yang diperlukan.
Jawab:
Diketahui:
m = 600 liter = 600 kg
h = 10 meter
t = 5 menit = 300 sekon
Menghitung Daya Pompa
Daya yang diperlukan untuk memindahkan air dapat dinyatakan dengan rumus seperti berikut:
P = W/t
P = m.g.h/t
P = (600x10x10)/300
P = 200 watt
Efisiensi Mesin Pompa 80 % sehingga daya yang harus disiapkan adalah:
P = (200watt)/(80%)
P = 250 watt
Jadi daya pompa yang harus disiapkan agar dapat memberikan daya rata rata sebesar 200 watt adalah 250 watt.
17). Contoh Soal Perhitungan Energi Mekanik Benda
Sebuah benda berada dalam keadaan diam pada ketinggian 200 cm dari permukaan tanah. Massa benda 4 kg dan percepatan gravitasi bumi g = 10 m/s2. Tentukan energi mekanik benda tersebut.
Jawab
Diketahui:
v = 0 m/s,
m = 4 kg
h = 200 cm = 2 m,
g = 10 m/s2.
Rumus Menghitung Energi Mekanik Benda
EM = EP + EK
EM = m.g.h + ½ m.v2
EM= (4 kg)(10 m/s2)(2 m) + 0 = 40 joule
Jadi, energi mekanik benda yang diam di ketinggian tertentu akan sama dengan energi potensialnya, karena energi kinetiknya nol.
Halliday, David, Robert Resnick, Jearl Walker. 2001. Fundamentals of Physics, Sixth Edition. New York, John Wiley & Sons.
Tipler, Paul, 1998, “Fisika untuk Sains dan Teknik”, Jilid 1,Pernerbit Erlangga, alih bahasa: Prasetyo dan Rahmad W. Adi, Jakarta.
Ardra.Biz, 2019, “Pengertian Usaha, Pengertian Energi, Pengertian Daya, Satuan usaha dalam SI,
Sears, F.W – Zemarnsky, MW , 1963, “Fisika untuk Universitas”, Penerbit Bina Cipta, Bandung,
Giancoli, Douglas C. 2000. Physics for Scientists & Engineers with Modern Physics, Third Edition. New Jersey, Prentice Hall.
Tipler, Paul, 2001, “Fisika untuk Sains dan Teknik”, Jilid 2, Penerbit Erlangga, alih bahasa: Bambang Soegijono, Jakarta.
Ganijanti Aby Sarojo, 2002, “Seri Fisika Dasar Mekanika”, Salemba Teknika, Jakarta.
Giancoli, Douglas, 2001, “Fisika Jilid 1, Penerbit Erlangga, Jakarta.
Rangkuman Ringkasan: Usaha adalah perkalian antara gaya dan perpindahan benda. Satuannya dalam joule, dan dinyatakan dengan rumus: W = F x s
Energi adalah kemampuan untuk melakukan usaha. Energi tidak dapat dimusnahkan. Energi hanya dapat berubah bentuk.
Energi potensial adalah energi yang dimiliki benda karena kedudukannya (posisinya), yaitu: EP = mgh
Energi kinetik adalah energi yang dimiliki oleh benda yang bergerak, yaitu: EK =1/2 mv2
Energi mekanik adalah jumlah energi potensial dan energi kinetik yang terdapat pada benda, yaitu EM = EP + EK
Hukum Kekekalan Energi Mekanik menyatakan bahwa energi mekanik benda tetap. Hukum ini berlaku apabila tidak terdapat gaya luar yang bekerja pada benda. Dinyatakan dengan rumus: EM1 = EM2 atau EK1 + EK1 = EP2 + EK2
Daya dinyatakan sebagai usaha per satuan waktu. Satuannya dalam joule/sekon atau watt. Dan dinyatakan dengan rumus: P=W/t
Efisiensi adalah perbandingan antara energi atau daya keluaran dan masukan yang dinyatakan dengan rumus: Efisiensi = energi keluaran/energi masukan x 100%
Pengertian Energi, Jenis dan Contoh Energi, satuan energi Joule (J), Bunyi Pernyataan Hukum Kekekalan Energi, Jenis Bentuk Energi, Pengertian dan Contoh Energi Mekanik,
Pengertian Energi Kinetik, Contoh Energi Kinetik, Rumus Energi kinetic, Contoh Soal Perhitungan Rumus Energi Potensial, Contoh Soal Ujian Perhitungan Rumus Energi Kinetik,
Pengertian Energi Potensial, Contoh Energi potensial, Rumus Energi Potensial, Pengertian dan contoh soal Daya, Contoh Daya, Satuan daya watt, Contoh Soal Ujian Perhitungan Rumus Daya,
Energi Kimia, Contoh Energi kimia, Fungsi Energi Kimia, Fungsi dan Contoh Energi Panas, Fungsi Contoh Energi Energi Listrik, Fungsi Contoh Energi Cahaya,
Perubahan bentuk energi, Perubahan energi listrik menjadi energi cahaya, Perubahan energi listrik menjadi energi mekanik, Perubahan energi mekanik menjadi energi listrik, Perubahan energi kimia menjadi energi mekanik, Perubahan energi listrik menjadi energi panas,
Pengertian Kalor. Dalam kehidupan sehari hari, umumnya kalor sering digunakan untuk menyatakan panas atau bahang. Namun sebenaranya, kalor adalah salah satu bentuk dari energi. Energi kalor disebut juga dengan energi panas.
Kalor adalah energi yang dipindahkan dari benda yang memiliki temperatur tinggi ke benda yang memiliki temperatur lebih rendah. Sehingga pengukuran kalor selalu Terkait dengan perpindahan energi.
Kalor dapat juga didefinisikan sebagai Energi yang diterima atau dilepaskan oleh suatu zat sehingga suhu zat tersebut naik atau turun atau bahkan berubah wujudnya.
Satuan Kalor
Menurut sistem Satuan Internasional, satuan untuk energi adalah joule (dinitasikan dengan huruf J). Namun terdapat satuan kalor yang lain yang umum digunakan dalam ilmu pengatahuan dan kehidupan sehari-hari, yang di antaranya adalah kalori (dinotasikan dengan kal) dan kilokalori (dinotasikan dengan kkal).
1 kkal = 1.000 kal, atau
1 kkal = 103 kal
Pengertian Kalori
Satu kalori adalah banyaknya kalor yang diperlukan oleh satu gram air untuk menaikkan suhunya sebesar 10C.
Percobaan Joule dapat membuktikan bahwa terdapat korelasi antara satuan kalor (yaitu kalori) dengan satuan energi potensial (yaitu joule) dengan kesetaraan bahwa satu kalori sama dengan 4,2 joule. Atau
1 kal = 4,2 joule
Hubungan antara satuan kalor dengan satuan energi mekanik disebut dengan tara kalor mekanik (umumnya dinotasikan dengan huruf A). sehingga:
Nilai A = 4,2 × 103. Artinya, 1 kilokalori = 4,2 × 103 joule.
Di beberapa negara, khususnya Inggris dan Amerika Serikat satuan yang digunakan untuk menyatakan energi adalah British Thermal Unit yang secara resmi dinotasikan dengan BTU. Hubungan antara BTU, Kal dan joule adalah sebagai berikut:
1 BTU = 0,252 kkal = 1055 J
Pengaruh Kalor Terhadap Temperature Zat atau Benda.
Semua zat atau benda yang temperaturnya lebih dari temperature nol mutlak (Temperatur benda > 0 K) pada dasarnya mengandung kalor. Kandungan kalor ini pada akhirnya akan menentukan tinggi rendahnya temperature zat benda tersebut. Temperatur zat benda akan berubah ketika zat tersebut melepas atau menerima kalor.
Jika suatu zat benda dipanaskan, berarti pada benda tersebut telah ditambahkan kalor, sehingga temperaturnya menjadi naik. Begitu juga Sebaliknya, jika kalor dilepaskan dari suatu zat benda, maka temperature zat benda tersebut akan turun.
Memanaskan air dalam panci dengan kompor merupakan contoh yang baik bagaimana kalor dapat menaikan temperature suatu zat. Awalnya air dingin, temperaturnya rendah, sekitar 25 sampai dengan 30 Celcius (tergantung temperature lingkungannya). Setelah diberi energi kalor dari api kompor, maka temperatur air naik menjadi lebih panas. Ini artinya kalor dapat menaikkan tempeatur zat.
Banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan tempertur benda dari T0 menjadi T dapat dihitung dengan menggunakan formulasi yang dirumuskan sebagai berikut.
Q = m c (T – T0)
Keterangan:
Q = banyak kalor dibutuhakan dengan satuan joule (J)
m = massa zat benda dengan satuan kg
T – T0 = kenaikan temperature benda dengan satuan °C
T0 = temperatur mula-mula benda dengan satuan °C
T = temperatur akhir benda dengan satuan °C
c = konstanta pembanding yang dinamakan kalor jenis benda dengan satuan J/kg C°
Contoh Soal Pembahasan Di Akhir Artikel
Pengertian Kalor Jenis
Kalor jenis (c) adalah banyak kalor yang diperlukan oleh 1 kg zat untuk menaikkan temperatur sebesar 1°C. Nilai kalor jenis (c) ini bergantung pada jenis zat.
Pengaruh Kalor Terhadap Wujud Zat Benda.
Salah satu pengaruh kalor terhadap suatu zat benda adalah perubahan wujud. Zat atau benda dapat berwujud padat, cair, dan gas sesuai temperatu zat itu. Namun Pada saat terjadi perubahan wujud, misalnya es menjadi air, temperatur zat adalah tetap. Kalor yang diterima disimpan sebagai energi potensial molekul molekul zat tersebut.
Pengertian Kalor Laten
Kalor laten adalah jumlah kalor yang digunakan 1 kg zat untuk berubah wujud pada suatu temperature (titik) transisinya. Kalor laten (kalor tersembunyi) ada dua macam, yaitu kalor lebur dan kalor didih.
Kalor dan Temperatur Lebur dan Beku
Pengertian Titik Lebur – Beku
Temperatur ketika zat benda berubah dari wujud padat ke wujud cair disebut titik lebur, sedangkan temperatur ketika zat berubah wujud dari cair ke padat disebut titik beku.
Pengertian Kalor Laten Peleburan
Kalor laten peleburan atau kalor lebur suatu zat adalah banyaknya kalor yang diserap oleh satu satuan massa (g atau kg) zat tersebut untuk mengubah wujudnya dari padat ke cair pada temperatur (titik) leburnya.
Pengertian Kalor Laten Pembekuan
Kalor laten pembekuan atau kalor beku suatu zat benda adalah banyaknya kalor yang dilepaskan oleh satu satuan massa (g atau kg) zat tersebut untuk mengubah wujudnya dari cair menjadi padat pada temperatur (titik) bekunya.
Untuk suatu zat berlaku:
Titik Lebur =Titik Beku
Kalor Lebur = Kalor Beku
Rumus Kalor Lebur – Beku
Banyaknya kalor (Q) yang diperlukan untuk melebur m kg zat dapat hitung dengan menggunakan formulasi yang dirumuskan seperti berikut:
Q = m × L
Keterangan:
Q = banyak kalor yang diperlukan untuk melebur zat, satuannya joule (J)
m = massa zat yang melebur, satuannya kilogram (kg)
L = kalor laten zat, satuannya joule/kg (J/kg)
Karena kalor laten lebur sama dengan kalor laten beku, maka persamaan di atas berlaku juga untuk menghitug kebutuhan kalor pada peristiwa membeku. Sehingga Kalor laten lebur dan kalor laten beku dapat dinotasikan dengan huruf L saja.
L lebur = L beku = L
Setiap zat mempunyai titik lebur dan kalor lebur yang berbeda- beda.
Contoh Soal Pembahasan Di Akhir Artikel
Kalor dan Temperatur Didih dan Embun
Pengertian Titik Didih Uap – Embun
Temperatur saat zat benda berubah wujud dari cair ke gas disebut titik didih (uap), sedangkan Temperatur saat zat benda berubah wujud dari gas ke cair disebut titikembun.
Pengertian Kalor Laten Didih – Uap
Kalor Laten uap atau kalor didih (uap) suatu zat benda adalah banyaknya kalor yang diserap oleh satu satuan massa (g atau kg) zat tersebut untuk mengubah wujudnya dari cair ke uap atau gas pada temperatur (titik) didihnya.
Pengertian Kalor Laten Embun
Kalor Laten embun suatu zat benda adalah banyaknya kalor yang dilepaskan oleh satu satuan massa (g atau kg) zat benda tersebut untuk mengubah wujudnya dari gas atau uap menjadi cair pada temperatur (titik) embunnya.
Untuk suatu zat berlaku:
Titik Didih (uap) = Titik Embun
Kalor Didih (uap) = Kalor Embun
Rumus Kalor Didih – Uap
Banyaknya kalor (Q) yang diperlukan untuk mendidihkan atau menguapkan m kg zat dapat hitung dengan menggunakan formulasi yang dirumuskan seperti berikut:
Q = m × U
Keterangan:
Q = banyak kalor yang diperlukan untuk mendidihkan atau menguapkan zat, satuannya joule (J)
m = massa zat yang menguap, satuannya kilogram (kg)
U = kalor laten uap zat, satuannya joule/kg (J/kg)
Kalor laten didih atau uap dan kalor laten embun dinotasikan dengan huruf U.
Secara umum kedua persamaan tersebut dapat dinyatakan dengan formulasi yang dirumuskan sebagai berikut::
Q = m × l
m = massa benda (kg atau g)
l = kalor laten Zat (J/kg atau erg/g atau kal/g)
Pada perubahan wujud dari padat ke cair, kalor laten adalah kalor lebur. Sebaliknya, pada perubahan wujud zat cair ke padat, kalor latennya disebut kalor beku. Pada perubahan wujud zat dari cair ke gas, kalor latennya adalah kalor uap. Sebaliknya, pada perubahan wujud zat dari gas ke cair kalor latennya adalah kalor embun.
1). Conth Soal Ujian Perhitungan Kalor Untuk Menaikkan Temperatur Air
Air sebanyak 200 gram dipanaskan menggunakan kompor dari temperatur awal air adalah 30 °C hingga mencapai temperatur 70°C. Bila kalor jenis air adalah 4,2 × 103 J/kg °C, maka hitunglah kalor yang diperlukan untuk menaikkan temperature air tersebut…
Diketahui:
massa air = 200 gram = 0,2 kg
T0 = T air = 30°C
T = 70°C
T – T0 = 70 – 30 = 40 C°
c air = 4,2 × 103 J/kg C°
Ditanyakan: Jumlah Kalor yang diperlukan menaikkan temperature air dari 30 Celcius menjadi 70 Celsius dinyatakan dengan Q
Menghitung Kalor Yang Dibutuhkan Menaikkan Temperatur
Besar kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan temperaatur sampai 70 Celcius dapat dirumus seperti berikut:
Q = m c (T – T0)
Q = (0,2 kg)(4,2 × 103 J/kg C°)(40 C°)
Q = 33,6 × 103 J
Q = 33.600 J
Jadi, kalor yang diperlukan adalah sebesar 33.600 J. atau 33,6 KJ
2). Contoh Soal Ujian Nasional Rumus Perhitungan Kalor Didih Uap Air
Sejumlah Uap air yang memiliki massa m kg diembunkan hingga menjadi air. Bila dalam peristiwa tersebut kalor yang dilepaskan oleh uap air sebesar 9,0 × 106 J dan kalor uap air adalah 2,25 × 106 J/kg, maka hitunglah massa uap air tersbut…
Penyelesaian Pembahasan:
Diketahui:
Q = 9,0 × 106 J
U Laten (air) = 2,25 × 106 J/kg
Ditanyakan: massa uap air (m)
Menentukan Massa Uap Air Yang Mengembun
Ketentuan yang berlaku adalah kalor embun sama dengan kalor uap sehingga dapat dinyatakan dengam persamaan seperti berikut:
U (embun) = U (uap) = U
Q = m U
9,0 × 106 J = m (2,25 × 106 J/kg) atau
m = Q/U
m = (9,0 × 106 J)/( (2,25 106 J/kg)
m = 4 kg
Jadi, massa uap air yang mengalami pengembun dan menjadi air adalah 4 kg.
3). Contoh Soal Perhitungan Kalor Lebur Es Menjadi Air
Hitung Berapa jumlah kalor yang dibutuhkan untuk mencairkan es sebanyak 1 kg pada temperatur 0oC menjadi cair seluruhnya. Diketahui kalor laten peleburan es menjadi air adalah 80 kal/g.
Diketahui:
L = 80 kal/g,
m = 1000 gram.
Menghitung Kalor Untuk Mencairkan Es
Besarnya kalor yang dibutuhkan agar es dapat mencair dapat dirumuskan dengan persamaan sebagai berikut:
Q = m L
Q = kalor yang dibutuhkan saat mencairkan es
m = massa zat es
L = kalor laten pencairan/ peleburan atau pembekuan es
Q = 1000 gram × 80 kal/g
Q = 80.000 kal
Q = 80 kkal
Jadi, besarnya kalor yang dibutuhkan untuk meleburkan es menjadi cair seluruhnya adalah sebesar 80 kkal.
4). Contoh Soal Menentukan Kalor Air Menjadi Uap
Berapa banyak kalor yang diperlukan untuk mengubah 5 gram air pada temperature 20° C menjadi uap air pada suhu 100° C?
c = 4.200 J/kg °C
L = 336 J/g
U = 2.260 J/g
m = 5 g = 5 x10-3 kg
ΔT = 100 °C – 20° C
ΔT = 80° C
Menghitung Total Kalor Yang Dibutukhan Untuk Merubah Air Menjadi Uap
Total Kalor yang dibutuhkan untuk merubah wujud air menjadi uap air merupakan penjumlahan kalor dari dua proses yang dinyatakan dengan persamaan berikut:
QT = Q1 + Q2
QT = Total Kalor
Q1 = kalor menaikkan temperature 0 0C ke 100 0C
Q2 = kalor penguapan dari air menjadi uap
Menghitung Kalor Untuk Menaikkan Temperatur Air Sampai 100 0C
Jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan temperature air sampai 100 Celsius dapat dirumuskan seperti berikut:
Q1 = m.c.ΔT
Q1 = (5 x 10-3)(4200)(80)
Q1 = 1680 J
Menghitung Kalor Penguapan Air Menjadi Uap
Besarnya kalor yang dibutuhkan oleh air agar menjadi uap dapat dihitung dengan rumus berikut:
Q2 = m.U
Q2 = (5) x(2.260)
Q2 = 11.300 J
Menghitung Total Kalor Untuk Merubah Es Menjadi Uap Air
Total kalor yang dibutuhkan untuk merubah air menjadi uap adalah
QT = Q1 + Q2
QT = 1680 + 11.300
QT = 12.980 J
Jadi, kalor yang dibutuhkan adalah sebesar 12.980 J
5). Contoh Soal Menentukan Kalor Es Menjadi Uap Air
Berapa banyak kalor yang diperlukan untuk mengubah 4 gram es pada temperature 0° C menjadi uap air pada suhu 100° C?
c = 4.200 J/kg °C
L = 336 J/g
U = 2.260 J/g
m = 4 g = 4 × 10-3 kg
ΔT = 100° – 0°
ΔT = 100° C
Menghitung Total Kalor Yang Dibutukhan Untuk Merubah Es Menjadi Uap Air
Jumlah Kalor dari Es menjadi uap air melibatkan tiga proses yang dinyatakan dengan persamaan berikut:
QT = Q1 + Q2 + Q3
QT = Total Kalor
Q1 = kalor peleburan dari Es menjadi air
Q2 = kalor menaikkan temperature 0 0C ke 100 0C
Q3 = kalor penguapan dari air menjadi uap
Menghitung Kalor Peleburan Es Menjadi Air
Kalor yang dibutuhkan untuk mencairkan es menjadi air dapat dirumuskan dengan persamaan berikut:
Q1 = m. L
Q1 = 4 x 336
Q1 = 1344 J
Menghitung Kalor Untuk Menaikkan Temperatur Air Sampai 100 0C
Jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan temperature air sampai 100 Celsius dapat dirumuskan sebagai berikut:
Q2 = m.c.ΔT
Q2 = (4 x 10-3)(4200)(100)
Q2 = 1680 J
Menghitung Kalor Penguapan Air Menjadi Uap
Besarnya kalor yang dibutuhkan oleh air agar menjadi uap dapat dihitung dengan rumus berikut:
Q3 = m.U
Q3 = 4 x 2.260
Q3 = 9040 J
Menghitung Total Kalor Untuk Merubah Es Menjadi Uap Air
Total kalor yang dibutuhkan untuk merubah es menjadi uap adalah
QT = Q1 + Q2 + Q3
QT = 1344 + 1680 + 9040
QT = 12064 J
Jadi, kalor yang dibutuhkan adalah sebesar 12064 J
6). Contoh Soal Menghitung Presentase Es Yang Cair
Di dalam gelas terdapat es bermassa 200 g yang bertemperatur 0 OC. Kalor lebur es adalah 80 kal/g. Kemudian Gelas dipanaskan, sehingg es tersebut mendapatkan kalor sebesar 10 kkal. Hitung berapa persen es yang melebur atau mencair.
Diketahui
m1 = 200 g
L = 80 kal/g
Q = 10.000 kal
Menghitung Massa Es Yang Mencair Diberi Kalor (Panas)
Massa es yang melebur dapat ditentukan dengan rumus sebagai berikut.
Q = m.L atau
m = Q/L
m = 10.000/80
m = 125 g
Menghitung Presentase Es Yang Mencair Setelah Dipanaskan (Diberi Kalor)
Massa es yang melebur adalah 125 g berarti prosentasenya adalah:
= (m/m1) x 100%
= (125/200) x100%
= 62,5 %
Jadi es yang mencair adalah 62,5 persen.
7). Contoh Soal Ujian Perhitungan Rumus Asas Black
Air sebanyak 30 kg bersuhu 10 Celcius dipanaskan hingga bersuhu 35 Celcius. Jika kalor jenis air 4.186 J/kg oC, Tentukan kalor yang diserap air tersebut.
Diketahui:
m = 3 kg,
c = 4.186 J/kg oC,
ΔT = (35 – 10) oC = 25 oC
Menghitung Kalor Yang Diserap Air;
Jumlah kalor yang diserap air dapat dinyatakan dengan rumus berikut:
Pengertian Hukum radiasi Planck. Hukum radiasi benda hitam Planck menunjukkan distribusi atau penyebaran energi yang dipancarkan oleh sebuah benda hitam. Hukum ini memperkenalkan ide gagasan baru dalam ilmu fisika, yaitu bahwa energi merupakan suatu besaran yang dipancarkan oleh sebuah benda dalam bentuk paket paket kecil yang terputus-putus, bukan dalam bentuk pancaran molar.
Paket- paket kecil ini kemudian disebut dengan istilah kuanta dan hukum ini kemudian menjadi dasar teori kuantum. Rumus Planck menyatakan energi per satuan waktu pada frekuensi f per satuan selang frekuensi per satuan sudut tiga dimensi yang dipancarkan pada sebuah kerucut tak terhingga kecilnya dari sebuah elemen permukaan benda hitam, dengan satuan luas dalam proyeksi tegak lurus terhadap sumbu kerucut.
Max Planck menyatakan dua anggapan atau postulat mengenai energi radiasi sebuah benda hitam.
1. Energi radiasi yang dipancarkan oleh getaran molekul molekul (osilator) benda merupakan paket – paket (kuanta) energi. Besarnya energi dalam setiap paket merupakan kelipatan bilangan bulat suatu besaran E yang diformulasikan dengan rumus berikut:
E = n.h.f
dengan
f = frekuensi,
h = sebuah konstanta Planck yang nilainya 6,626 × 10-34 Js, dan
n = 1, 2, 3 bilangan bulat yang menyatakan bilangan kuantum.
Karen energi radiasi bersifat diskrit, dikatakan energinya terkuantisasi dan energi yang diperoleh dengan n = 1, 2, 3, … disebut tingkat energi.
2. Energi radiasi diserap dan dipancarkan oleh molekul molekul secara diskret yang disebut kuanta atau foton. Energi radiasi ini terkuantisasi, di mana energi untuk satu foton adalah:
E = h.f
Dengan h = konstanta perbandingan yang dikenal sebagai konstanta Planck. Nilai h ditentukan oleh Planck dengan menyesuaikan fungsinya dengan data yang diperoleh secara percobaan. Nilai yang diterima untuk konstanta ini adalah:
h = 6,626× 10-34 Js = 4,136× 10-34 eVs.
Planck belum dapat menyesuaikan konstanta h ini ke dalam fisika klasik, hingga Einstein menggunakan gagasan serupa untuk menjelaskan efek fotolistrik.
Jika molekul molekul menyerap atau memancarkan 1 foton, tingkat energinya bertambah atau berkurang sebesar hf. Gagasan Planck ini berlaku untuk benda hitam.
Contoh Soal Perhitugan Hukum Radiasi Benda Hitam Planck
Hitung besarnya energi foton dari cahaya merah yang memiliki frekuensinya 3 x 1014 Hz
Penyelesaian
Diketahui
f = 3 x 1014 Hz
Jawab
E = h f
E = ( 6,63 x 10-34 ) x ( 3 x1014)
E = 1,989 x 10-19 J
Contoh Soal Perhitungan Rumus Hukum Radiasi Planck
Berapakah panjang gelombang sebuah radiasi foton yang memiliki energi 3,05 × 10-19 Js ?
Jika Diketahui konstanta Planck h = 6,626× 10-34 Js dan cepat rambat cahaya c = 3× 108 m/s)
Hukum Radiasi Planck dan Pengertian Hukum radiasi Planck dengan Hukum radiasi benda hitam Planck. Kuanta radiasi benda hitam serta Rumus Radiasi Planck atau Energi radiasi Planck dan tingkat energi radiasi dengan Nilai konstanta Planck. Bilangan Kuantum radiasi Planck dengan Energi radiasi diskrit dan Energi terkuantisasi serta energi kuanta atau foton.
Rumus energi terkuantisasi Planck dengan Pengaruh Panjang gelombang terhadap energi radiasi. Energi Foton dan cara Menghitung energi yang dipanarkan atau diserap benda hitam. Contoh Soal Perhitugan Hukum Radiasi Benda Hitam Planck. Contoh Soal Perhitungan Rumus Hukum Radiasi Planck.
Pengertian Benda Hitam. Benda hitam adalah benda yang akan menyerap semua energi yang datang dan akan memancarkan energi dengan baik. Benda yang mempunyai sifat menyerap semua energi yang mengenainya disebut benda hitam.
Radiasi Benda Hitam
Benda hitam jika dipanaskan akan memancarkan energi radiasi. Energi radiasi yang dipancarkan oleh benda hitam disebut radiasi benda hitam. Ketika benda tersebut dipanaskan, energi radiasi yang dipancarkannya dalam bentuk gelombang elektromagnetik dengan Panjang gelombang berbeda beda.
Contoh Radiasi Benda Hitam
Cahaya matahari merupakan contoh radiasi benda hitam yang dapat memunculkan energi sampai bumi.
Hukum Stefan – Boltzmann Radiasi Benda Hitam
Josef Stefan (1835-1873) seorang ahli fisika Austria, dapat menunjukkan gejala radiasi benda hitam melalui eksperimen. Hubungannya adalah daya total per satuan luas yang dipancarkan pada semua frekuensi oleh benda hitam sebanding dengan pangkat empat temperature mutlaknya.
Emisivitas Banda Hitam
Setiap benda memiliki kemampuan meradiasikan energi dalam bentuk gelombang elektromagnetik yang berbeda beda. Kemampuan meradiasikan energi dalam bentuk gelombang elektromagnetik disebut emisivitas. Nilai emisivitas dinotasikan dengan huruf e.
Nilai emisivitas mulai dari nol sampai dengan satu. Nilai ini bergangtung pada karakteristik bahan atau benda. Permukaan benda yang sangat hitam memiliki emisivitas mendekati 1. Sebaliknya benda yang permukaannya mengkilap memiliki emisivitas mendekati nol.
Radiasi Energi Benda Hitam
Kemampuan meradiasikan energi sama dengan kemampuan untuk menyerap radiasi energi. Benda hitam memiliki kemampuan meradiasikan dan menyerap energi sangat baik.
Sebalikya, benda mengkilap memiliki kemampuan meradiasikan dan menyerap radiasi energi sangat rendah. Jadi, dapat dikatakan bahwa pemancar energi yang baik juga merupakan penyerap energi yang baik.
Rumus Intesitas, Daya Dan Energi Radiasi Benda Hitam
Penemuan Stefan diperkuat oleh Boltzmann, kemudian dikenal sebagai hukum Stefan-Boltzmann. Dan konstanta pembanding universal σ dinamakan konstanta Stefan-Boltzmann. Persamaannya dapat dituliskan seperti di bawah.
I = e σ T4
P = I . A = e σ AT4
E = P . t = e σ t AT4
dengan :
I = intensitas radiasi ( watt/m2)
P = daya radiasi (watt)
E = energi radiasi (joule)
T = suhu mutlak benda (K)
A = luas penampang (m2)
t = waktu radiasi (s)
σ = konstanta Stefan-Boltzmann (5,67 x 10-8 Wm-2 K-4)
1). Contoh Soal Perhitungan Daya Radiasi Benda Hitam
Tentukan daya radiasi yang dipancarkan oleh sebuah benda yang memiliki luas 400 cm2 yang temperaturnya 127oC, jika diketahui emisivitas benda itu 0,5.
Diketahui :
A = 400 cm2 = 4 . 10-2 m2
T = 127oC = 273 + 127 K = 400 K
e = 0,5
σ = konstanta Stefan-Boltzmann (5,67 x 10-8 Wm-2 K-4)
P = ….?:
Rumus Perhitungan Daya Radiasi Bedan Hitam
Daya radiasi benda hitam dapat dinyatakan dengan persamaan berikut
P= e σ AT4
P = (0,5) . (5,67 . 10-8) . (4. 10-2) . (400)4
P = 29,0304 Watt
Jadi besarnya daya radiasi yang dipancarkan oleh benda adalah 29,0304 watt.
2). Contoh Soal Perhitungan Benda Hitam Hukum Stefan – Boltzmann
Suatu benda hitam memiliki temperatur 27OC dan mengalami radiasi dengan intensitas 4.102 watt/m2. Luas penampang benda itu 5.10-4 m2 Tentukan :
Daya radiasinya,
Energi radiasi selama 5 sekon,
Intensitas radiasinya jika benda tersebut dipanasi hingga temperaturnya mencapai 327OC
Diketahui
A = 5.10-4 m2
T1 = 27O C + 273 = 300 K
I1 = 4.102 watt/m2
T2 = 327OC + 273 = 600 K
Rumus Menghitung Daya Radiasi Benda Hitam
1. Daya radiasi suatu benda hitam dapat dinyatakan dengan menggunakan rumus berikut.
P = I.A = e σ T4 A
P = 4.102 . 5.10-4 = 0,2 watt
Rumus Menghitung Energi Radiasi Benda Hitam
Energi radiasi selama waktu tertentu dapat dinyatakan dengan menggunakan rumus berikut
2. Energi radiasi selama t = 5 detik adalah :
E = P. t
E = 0,2 . 5 = 1,0 joule
Rumus Menghitung Intensitas Radiasi Benda Hitam
3. intensitas radiasi sebanding dengan temperature mutlak pangkat empat dan dapat dinyatakan dengan menggunakan rumus berilkur
I ≈ T4
(I2/I1) = (T2/T1)4
I2 = I1 x (T2/T1)4
I2 = 4.102 watt/m2 x (600K/300K )4
I2=4.102 x (2)4 watt/m2
I2= 64.102 watt/m2
3). Contoh Soal Perhitungan Perbandingan Daya Radiasi Lampu Pertama Kedua
Lampu pijar dapat diasumsikan berbentuk seperti bola. Jari-jari lampu pijar pertama besarnya 3 kali jari-jari lampu pijar kedua. Temperatur lampu pijar pertama adalah 77 oC dan temperatur lampu pijar kedua adalah 427 oC. Tentukanlah perbandingan daya radiasi lampu pertama terhadap lampu kedua
Diketahui:
T1 = (77 + 273) K = 350 K
T2 = (427 + 273) K = 700 K
R1 = 3 R2
Rumus Perbandingan Daya Radiasi Lampu Pijar Pertama Dan Kedua
Perbandingan daya radiasi lampu pijar pertama dan kedua dapat dinyatakan dengan rumus berikut:
P1/P2 = [e σ A1 (T1)4 ]/ [e σ A2 (T2)4 ] atau
P1/P2 = [ A1 (T1)4 ]/ [A2 (T2)4 ] atau
P1/P2 = [ (R1)2 (T1)4 ]/ [ (R2)2 (T2)4 ] atau
P1/P2 = (R1/R2 )2 (T1/T2)4 atau
P1/P2 = (3R2/R2 )2 (T1/T2)4
P1/P2 = 9 x (350/700)4
P1/P2 = 9 x (1/2)4
P1/P2 = 9 x (1/16)
P1/P2 = 9/16 = 0,563
Jadi perbandingan daya radiasi lampu pijar pertama dan kedua adalah 0,563
4). Contoh Soal Perhitungan Laju Radiasi Kalor Benda Hitam
Sebuah benda memiliki temperature 137 0C meradiasikan kalor dengan laju 3 J/s. Hitung berapa laju radiasi kalor jika temperature dinaikkan menjadi 547 0C
Diketahui:
Diketahui:
P1 = Q1/t = 3 J/s
T1 = 137 + 273 = 410 K
T2 = 547 + 273 = 820 K
Rumus Menentukan Laju Radiasi Kalor Benda Hitam Temperatur Dinaikkan
Laju radiasi kalor Ketika temperature dinaikkan dapat dirumuskan dengan persamaan berikut
P1/P2 =[e σ A1 (T1)4 ]/ [eσ A2 (T2)4 ] atau
P1/P2 = (T1)4 /(T2)4 ] atau
P1/P2 = (410/820)4
P1/P2 = (1/2)4
P1/P2 = 1/16
P2 = 16 x P1
P2 = 16 x (3)
P2 = 48 J/s
jadi, laju radiasi kalor benda Ketika temperature dinaikkan adalah 48 J/s
5). Contoh Soal Perhitungan Daya Listrik Lampu Radiasi Kawat Pijar
Kawat spiral lampu pijar meiliki luas permukaan 40 mm2 dan bertemperatur 527 0C. Energi listrik lampu dirubah 60% nya menjadi panas yang diradiasikan. Jika emisivitas kawt pijar bersift seperti benda hitam, tentukan
a). Daya yang diradiasikan kawat pijar
b). Daya listrik lampu
c). Arus yang mengalir pada lampu jika tegangan lampu adalah 220 volt.
Diketahui:
A = 50 mm2 = 50 x 10-6 m2
T = 527 + 273 = 800 K
Pr = 60% Pl
Pr = daya radiasi
Pl = daya listrik
e = 1 (benda hitam)
V = 220 volt
σ = 5,67 x 10-8 W/m2 K4
Rumus Perhitungan Daya Radiasi Kawat Spiral Lampu Pijar
Daya radiasi kawat lampu pijar dapat dihitung dengan menggunakan rumus seperti berikut
Pr =e σ A (T)4
Pr = (1)( 5,67 x 10-8) (50 x 10-6)(800)4
Pr = 1,16 W
Jadi daya radiasi kawat pijar lampu adalah 1,16 W
Rumus Perhitungan Daya Lampu Listrik Pijar
Daya listrik lampu pijar dapat dirumuskan dengan persamaan berikut
Pr = 60% Pl
Pl = (1/60%) 1,16
Pl = 1,933 W
Jadi daya listrik lampu pijar adalah 1,933 W
Rumus Perhitungan Arus Pada Lampu Pijar
Arus yang mengalir pada kawat lampu pijar dapat dihitung dengan menggunaka rumus berikut
Pl = V.I atau
I = Pl/V
I = 1,933/220
I = 0,0089 A
I = 8,9 mA
Jadi arus yang mengalir pada kawat lampu pijar adalah 8,9 mA
6). Contoh Soal Mencari Daya Radiasi Logam Tembaga Berpijar Panas
Sebuah bola tembaga memiliki jari jari 60 cm-2 dipanaskan hingga berpijar pada temperature 137 0C. Jika emisivitas tembaga e adalah 0,3 dan tetapan Stefan adalah 5,67 x 10-8 W/m2 K4, maka tentukan daya radiasi yang dipancarkan oleh bola tembaga tersebut.
Diketahui
A = 6 x 10-3 m2
T = 137 + 273 = 410 K
e = 0,3
σ = 5,67 x 10-8 W/m2 K4
Rumus Menentukan Daya Radiasi Yang Dipancarkan Bola Logam Tembaga,
Besarnya daya radiasi yang dipancarkan suatu bola logam dapat dirumuskan dengan menggunakan persamaan berikut:
P = e σ A T4
P = (0,3)(5,67 x 10-8)(6 x 10-3)(410)4
P = 2,88 W
Jadi daya readiasi yang dipancarkan oleh bola logam panas adalah 2,88 W
7). Contoh Soal Perhitungan Energi Radiasi Logam Panas
Sebuah logam yang luasnya 200 cm2 bertemperatur 500 K memiliki emisivitas sebesar 0,4, jika diketahui konstanta Stefan- Boltzmann 5,67 × 10⁻⁸ Wm⁻²K⁻⁴. Hitung besarnya energi radiasi yang dipancarkan oleh logam tersebut
Diketahui:
e =0,4
T = 500 K
A = 200 cm2
A = 0,02 m2
σ = 5,67 × 10⁻⁸ Wm⁻²K⁻⁴
Rumus Mencari Energi Radiasi Yang Dipancarkan Benda Logam
Energi radiasi yang dipancarkan sebuah logam tiap detiknya dapat dinyatakan dengan menggunakan rumus berikut:
P = e σ A T⁴
P = (0,4) (5,67×10⁻⁸)(0,02) (500)⁴
P = 28,35 watt atau
P = 28,35 J/s
P = Q/t
Dalam satu detik, maka energi radiasinya adalah
Q = (28,35 J/s)(1s)
Q = 28,35 J
Jadi, energi radiasi yang dipancarkan logam panas dalam satu detik adalah 28,35 Joule
8). Contoh Soal Perhitungan Intensitas Radiasi Benda Hitam
Sebuah benda bertemperatur 127 0C denga konstanta emisitasnya 0,6. Tentukan intensitas radiasi yang dipancarkan oleh benda tersebut.
Diketahui
T = 127 + 273 = 400 K
e = 0,6
σ = 5,67 × 10⁻⁸ Wm⁻²K⁻⁴
Rumus Menentukan Intensitas Radiasi Benda Hitam
Intensitas radiasi benda dapat dirumusan dengan menggunakan persamaan berikut
I = P/A
I = P = (e σ A T⁴ )/A
I = e σ T⁴
I = 0,6 x (5,67 × 10⁻⁸ ) (400)4
I = 870 W/m2
Jadi intensitas radiasi termal yang dipancarkan benda tersebut adalah 870 W/m2
Sears, F.W – Zemarnsky, MW , 1963, “Fisika untuk Universitas”, Penerbit Bina Cipta, Bandung,
Giancoli, Douglas C. 2000. Physics for Scientists & Engineers with Modern Physics, Third Edition. New Jersey, Prentice Hall.
Halliday, David, Robert Resnick, Jearl Walker. 2001. Fundamentals of Physics, Sixth Edition. New York, John Wiley & Sons.
Tipler, Paul, 1998, “Fisika untuk Sains dan Teknik”, Jilid 1,Pernerbit Erlangga, alih bahasa: Prasetyo dan Rahmad W. Adi, Jakarta.
Tipler, Paul, 2001, “Fisika untuk Sains dan Teknik”, Jilid 2, Penerbit Erlangga, alih bahasa: Bambang Soegijono, Jakarta.
Ganijanti Aby Sarojo, 2002, “Seri Fisika Dasar Mekanika”, Salemba Teknika,
Giancoli, Douglas, 2001, “Fisika Jilid 1, Penerbit Erlangga, Jakarta.
Radiasi Benda Hitam: Pengertian Rumus Daya Intensitas Energi Emisivitas Hukum Stefan – Boltzmann Contoh Soal Perhitungan 8, Contoh Soal Perhitungan Laju Radiasi Kalor Benda Hitam, Contoh Soal Mencari Daya Radiasi Logam Tembaga Berpijar Panas, Rumus Mencari Energi Radiasi Yang Dipancarkan Benda Logam, Contoh Soal Perhitungan Intensitas Radiasi Benda Hitam,
Radiasi Benda Hitam dengan Pengertian Benda Hitam dan benda menyerap dan memancarkan semua energi. Cahaya matahari contoh radiasi benda hitam dengan Energi radiasi gelombang elektromagnetik benda hitam serta Hukum Stefan – Boltzmann. Kemampuan meradiasikan benda hitam dan Nilai emisivitas benda hitam adalah Emisivitas e = 0 dan e = 1.
Contoh soal perhitunan rumus hukum Stefan- Boltzmann dengan Rumus hukum Stefan-Boltzmann atau Nilai konstanta Stefan-Boltzmann. Contoh Soal Perhitungan Radiasi Benda Hitam dan Pengaruh suhu terhadap energi radiasi serta Pengaruh suhu pada intensitas radiasi benda hitam.
Contoh Soal Perhitungan Benda Hitam Hukum Stefan – Boltzmann, Menghitung Daya Radiasi Benda Hitam, Menghitung Energi Radiasi Benda Hitam, Menghitung Intensitas Radiasi Benda Hitam,
Pengertian Hukum Pergeseran Wien. Wilhelm Wien melakukan penelitian secara empiris dengan menghubungkan antara tempertur dan Panjang gelombang radiasi yang dipancarkan oleh benda hitam.
Percobaan Hukum Pergeseran Wien
Percobaannya direpresentasikan dalam bentuk grafik intensitas terhadap Panjang gelombang, seperti ditunjukkan pada gambar. Grafik ini dikenal juga sebagai grafik distribusi spektrum gelombang.
Pada gambar dapat dilihat bahwa posisi kurva dengan temperature yang lebih tinggi berada di atas dari kurva dengan temperature lebih rendah. Dengan kata lain, kurva dengan Temperature lebih tinggi memiliki puncak intensitas yang lebih tinggi.
Selain itu, kurva dengan temperature yang lebih tinggi berada pada sebelah kiri, atau berada pada Panjang gelombang yang lebih pendek.
Contoh Soal Perhitungan Rumus Hukum Pergeseran Wien
Dari Hasil penelitiannya teramati bahwa puncak intensitas radiasi bergeser ke arah Panjang gelombang yang lebih pendek ketika temperature mutlak bendanya semakin tinggi. Hal ini menunjukkan bahwa Panjang gelombang radiasi saat intensitasnya maksimum berbanding terbalik dengan suhu mutlak bendanya.
Rumus Hukum Pergeseran Wien
Gejala pergeseran puncak intensitas maksimum dari hasil percobaan tersebut dapat diformulasikan dengan Hukum Pergeseran Wien persamaan berikut
λm T = C
Dengan keterangan:
λm = Panjang gelombang pada intensitas maksimum (m)
T = temperature mutlak (K)
C = 2,9 x 10-3 mK
Dari Persamaan tersebut dapat diketahui bahwa hasil kali antara Panjang gelombang dengan temperature mutlak benda yang memancaran radiasi adalah sebuah bilangan konstan yang nilainya 2,9 x 10-3mK.
Artinya, setiap kenaikan temperature, maka Panjang geleombang akan menjadi lebih rendah. Sebaliknya, jika temperature benda hitam turun selama memancarkan radiasi, maka Panjang gelombangnya menjadi lebih pendek.
Penggunaan Rumus Hukum Pergeseran Wien
Hukum Pergeseran Wien digunakan untuk memperkirakan temperature sebuah bintang dengan melihat cahaya sebuah bintang, temperature bintang tersebut dapat diprediksi dengan cara dihitung.
1). Contoh Soal Perhitungan Rumus Hukum Pergeseran Wien Menentukan Panjang Gelombang Radiasi
Sebuah benda hitam memiliki temperature 2.000 K. Tentukan Panjang gelombang radiasinya pada saat intensitasnya maksumum.
Diketahui:
T = 2.000 K
T =2 x 103K
Rumus Menentukan Panjang Gelombang Radiasi Pada Intensitas Maksimum
Panjang gelombang radiasi saat intensitas maksimum dapat dinyatakan dengan rumus berikut:
λm T = 2,9 x 10-3 mK
λm =(2,9 x 10-3 mK)/(T)
λm = (2,9 x 10-3 mK)/(2 x 103K)
λm = 1,45 x 10-6m
λm = 1,45 mm
jadi panjang gelombang radiasi pada intensitas maksimum adalah 1,45 mm
2). Contoh Soal Perhitungan Hukum Pergeseran Wien Temperatur Pada Intensitas Maksimum
Intensitas pancaram masimum sebuah benda pijar terletak pada sinar kuning dengan Panjang gelombang 6.000 A. hitung temperature benda pijar tersebut. Dan jika Temperature pemancaran turun separuhnya, hitung Panjang gelombangnya yang menyertainya.
Diketahui:
λm = 6.000 A
λm = 6 x 10-7 m
Rumus Menentukan Temperatur Pancaran Sinar Kuning Benda
Besarnya temperatur pada benda yang memancarkan sinar kuning dapat dhitung dengan rumus berikut
T = C/λm
T = (2,9 x 10-3 mK)/(6 x10-7 m)
T = 4.830 K
Jika T2 = 0,5 T1
Rumus Menentukan Panjang Gelombang Radiasi Saat Temperatur Turun
Panjang gelombang radiasi ketika temperatur turun dapat dihitung dengan Rumus Hukum pergeseran Wien seperti berikut
pada temperature T1
λm1 T1 = C
Dan rumus untuk Hukum pergesran Wien Pada temperature T2 = 0,5 T1
λm2 T2 = C
Karena Perkalian Panjang gelombang radiasi dengan Temperatur pada Hukum pergeseran Wien adalah selalu konstan (yaitu bilangan yang constant dan notasi C) maka
λm1 T1 = λm2 T2
λm2 = λm1 (T1/ T2)
λm2 = λm1 (T1/ 0,5T1)
λm2 = (6 x 10-7 m) (0,5)
λm2 = 3 x 10-7 m
Dari dua contoh soal terebut dapat diketahui bahwa setiap terjadi kenaikan temperature pada benda yang memancarkan radiasi, maka akan menyebabkan penurunan Panjang gelombangnya.
3). Contoh Soal Menghitung Panjang Gelombang Radiasi Dipancarkan Benda
Suatu benda memancarkan radiasi pada suhu 827 oC. Tentukan berapa panjang gelombang yang membawa energi radiasi maksimum dengan C = 2,898 x 10-3 mK
Diketahui :
T = 827 + 273 K = 1100 K
C = 2,898 x 10-3 mK
Rumus Mencari Panjang Gelombang Energi Radiasi Maksimum
Panjang gelombang yang membawa energi radiasi maksimum dapat dihitung dengan menggunakan rumus berikut:
λm T = C atau
λm = C/T
λm = (2,898 x 10-3)/1100
λm = 2,63 x 10-6 m
Jadi, Panjang gelombang yang membawa energi radiasi maksimum adalah 2,63 x 10-6 m
4). Contoh Soal Perhitungan Temperatur Radiasi Gelombang Elektromagnetik Benda Hitam
Sebuah benda hitam meradiasikan gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang 8694 Å pada saat intensitas radiasinya maksimum. Berapakah temperature permukaan benda yang memancarkan gelombang tersebut?
Diketahui:
λm = 8694 Å = 8,694 x 10-7 m
C = 2,898 x 10-3 mK
Rumus Menentukan Temperatur Permukaan Benda Hitam
Temperatur benda hitam yang meradiasikan gelombang elektromagntik dengan intensitas maksimum dapat dinyatakan dengan rumus berikut:
λm T = C atau
T = C/ λm
T = (2,898 x 10-3)/(8,694 x 10-7)
T = 3333 K atau
T = 3333 – 273 = 3060 0C
5). Contoh Soal Perhitungan Panjang Gelombang Intensitas Energi Logam
Suatu permukaan logam dengan emisivitas 0,6 dipanaskan hingga 500 K. Tentukanlah:
a). Intensitas energi radiasi yang dipancarkan, dan
b). Panjang gelombang pada intensitas maksimumnya
Diketahui
e = 0,6
T = 500 K
C = 2,878 x 10-3 m.K
σ = 5,67 x10-8 Watt/m2.K4
Rumus Perhitungan Intensitas Energi Radiasi Logam
Intensitas energi radiasi yang dipancarkan oleh logam dapat ditentukan dengan menggunakan rumus berikut:
I = P/A
I = P = (e σ A T⁴ )/A
I = e σ T⁴
I = (0,6) (5,67 x10-8) (500)4
I = 2126 W/m2
Jadi intesitas radiasi yang dipancarkan logam adalah 2126 W/m2
Rumus Menentukan Panjang Gelombang Pada Intensitas Maksimum
Panjang gelombang radiasi pada intensitas maksimum dihitung dengan menggunakan rumus berikut
λm T = C atau
λm = C/T
λm = (2,878 x10-3)/(500)
λm = 5,76 x 10-3 m
Jadi panjang gelombang radiasinya adalah 5,76 x 10-3 m
Sears, F.W – Zemarnsky, MW , 1963, “Fisika untuk Universitas”, Penerbit Bina Cipta, Bandung,
Giancoli, Douglas C. 2000. Physics for Scientists & Engineers with Modern Physics, Third Edition. New Jersey, Prentice Hall.
Halliday, David, Robert Resnick, Jearl Walker. 2001. Fundamentals of Physics, Sixth Edition. New York, John Wiley & Sons.
Tipler, Paul, 1998, “Fisika untuk Sains dan Teknik”, Jilid 1,Pernerbit Erlangga, alih bahasa: Prasetyo dan Rahmad W. Adi, Jakarta.
Tipler, Paul, 2001, “Fisika untuk Sains dan Teknik”, Jilid 2, Penerbit Erlangga, alih bahasa: Bambang Soegijono, Jakarta.
Ganijanti Aby Sarojo, 2002, “Seri Fisika Dasar Mekanika”, Salemba Teknika,
Giancoli, Douglas, 2001, “Fisika Jilid 1, Penerbit Erlangga, Jakarta.
Hukum Pergeseran Wien: Pengertian Percobaan Panjang Gelombang Intensitas Radiasi Maksimum Rumus Contoh Soal Perhitungan 5, Rumus Cara Menentukan Temperatur Permukaan Benda Hitam, Rumus Hukum Pergesaran Wien Persamaan Pergeseran Wien Konstanta Pergeseran Wien, Contoh Soal Cara Menentukan Intensitas Energi Radiasi Logam Pergeseran Wien, Rumus Satuan Lambang Konstanta Pergeseran Wien,
Pengertian Reaksi Inti Atom atau Reaksi Nuklir. Reaksi inti merupakan perubahan suatu inti atom menjadi inti atom lainnya dengan disertai muncunya energi yang sangat besar. Supaya terjadi reaksi inti diperlukan partikel lain yang dapat menggangu kesetimbangan inti atom sehingga inti akan terpecah menjadi dua inti baru. Partikel yang digunakan untuk mengganggu kesetimbangan ini adalah partikel proton dan neutron.
Reaksi inti terjadi ketika inti atom ditembak atau ditumbuk dengan partikel yang memiliki energi tinggi. Tumbukan antara inti atom dengan partikel penembak akan mengakibatkan terbentuknya inti baru yang berbeda dengan inti asal. Inti baru ini disebut sebagai inti transmutasi.
Pengertian Reaksi Fisi.
Reaksi Fisi adalah reaksi pembelahan inti berat menjadi inti – inti yang lebih ringan dengan disertai pelepasan energi. Inti – inti baru hasil reaksi ini disebut sebagai fragmen fisi. Fisi dapat terjadi spontan atau sebagai akibat irradiasi neutron.
Reaksi fisi melepaskan sejumlah energi yang setara dengan selisih antara massa diam neutron dan hasil fisi dengan jumlah massa diam inti awal.
Contoh Reaksi Fisi
Contoh reaksi fisi yang sering digunakan adalah reaksi pembelahn unsur uranium-235 seperti ditunjukkan pada reaksi berikut.
92U235 + 0n1 –> 54Xe236 + 38Sr94 + 0n1 + 0n1
Pada proses reaksi tersebut, uranium tereksitasi setelah menyerap neutron, dan kemudian membelah.
Neutron yang dihasilkan dari pemelahan reaksi fisi dapat menginduksi fisi, sehingga reaksi fisi dapat berjalan dengan sendirinya. Reaksi fisi melepaskan energi yang sangat besar yaitu sekitar 200 MeV untuk setiap reaksi fisi yang terjadi.
Dan jika reaksi fisi berlangsung tanpa dikendalikan, maka akan terjadi reaksi berantai yang disertai pembentukan atau pelepasan energi yang sangat besar dan mampu mengakibatkan kerusakan yang luar biasa, seperti pada ledakan bom atom.
Pegertian Reaksi Fusi
Reaksi Fusi adalah reaksi penggabungan inti – inti ringan menjadi inti yang lebih berat disertai pelepasan energi. Reaksi fui melepaskan energi sekitar 1 MeV per nucleon. Reaksi fusi atau reakasi penggabungan inti ini merupakan reaksi nuklir. Reaksi yang melibatkan penggabungan inti- inti atom dengan nomor atom kecil untuk membentuk inti yang lebih berat dengan melepaskan sejumlah besar energi.
Contoh Reaksi Fusi
Berikut beberapa contoh yang menunjukkan reaksi fusi.
1H1 + 1H2 –> 2He3
1H1 + 6C12 –> 7N13 + γ
1H2 + 2He3 –> 2He4 + 0n1
Pengertian Reaksi Fusi Termonuklir
Reaki fusi secara alamiah terjadi pada matahari. Energi dari hasil reaksi fusi menjadi sumber energi matahari dan bintang bintang. Reaksi fusi pada matahari dan bintang ini disebut sebagai reaksi fusi termonuklir.
Reaksi fusi termonuklir membutuhkan temperature yang sangat tinggi yaitu sekitar 15.000.000 Celsius. Energi yang dimiliki oleh matahari berasal dari penggabungan inti – inti hydrogen menjadi inti helium, adapun beberapa contoh reaksinya adalah sebagai berikut:
1H1 + 1H1 –> 2H2 + 1e0 + 0,42 MeV
1H2 + 1H1 –>2He3 + 0γ0 + 5,49 MeV
2He3 + 2He3 –> 2He4 + 2 1H1 + 12,86 MeV
Hukum Hukum Kekekalan Reaksi Inti Atom
Pada setip reaksi inti selalu berlaku hukum kekekalan seperti berikut:
1). Hukum Kekekalan Momentum: yaitu jumlah momentum sebelum dan setelah tumbukan adalah sama
2). Hukum Kekekalan Nomor Atom: yaitu jumlah nomor atom sebelum dan setelah reaksi adalah sama
3). Hukum Kekekalan Nomor Massa: yaitu jumlah nomor massa sebelum dan setelah reaki adalah sama
4). Hukum Kekekalan Energi Total: yaitu energi total sebelum dan setelah reaksi adalah sama
Energi Reaksi Inti Atom
Suatu reaksi inti dapat menghasilkan atau memerlukan energi. Besarnya energi E dapat dihitung berdasarkan reaksi pada persamaannya. Dalam perhitungan energi reaksi inti, semua massa inti dinyatakan dalam satuan sma (satuan massa atom).
Rumus Energi Reaksi Inti Atom
Menurut Einstein, energi total yang dimiliki suatu massa m adalah:
E = m.c2
dengan
c = kelajuan cahaya (3 × 108 m/s).
Satuan massa pada reaksi inti adalah sma. Setiap satu sma, energi yang dimiliki adalah 931,5 MeV. atau dapat dinyatakan seperti berikut
1 sma = 931,5 MeV
Persamaan reaksi inti dapat dinyatakan dengan rumus seperti berikut
X + a → Y + b + E
atau dapat ditulis seperti berikut
X (a, b) Y
X = inti sasaran
Y = inti baru yang dihasilkan
a = partikel penembak
b = partikel yang dihasilkan
E = Q = energi yang dihasilkan
Persamaan energi reaksi inti berdasarkan hukum kekekalan energi dapat dinyatakan dengan rumus seperti berikut
Massa Pereaksi = Massa Produk Reaksi + Energi
(mX + ma) 931,5 MeV = (mY + mb) 931,5 MeV + E atau
E = [(mX + ma) – (mY + mb)] x 931,5 MeV
m = massa
Jika diperoleh nilai E > 0, maka reaksinya disebut reaksi eksoterm, yaitu reaksi di mana terjadi pelepasan energi.
Sebaliknya, jika E < 0, maka reaksinya disebut reaksi endoterm, yaitu reaksi yang memerlukan energi.
1). Contoh Soal Perhitungan Energi Reaksi Fisi Inti Atom Uranium
Perhatikan reaksi fisi inti atom uranium berikut:
92U235 + 0n1 → 56Ba138 + 41Nb93 + 5 0n1 + 5 -1e0
Hitung energi yang dihasilkan dari 1 kg atom Uranium
Diketahui:
m(92U235) = 235,0439 sma
m(0n1) = 1,0087 sma
m(56Ba138 ) = 137,9053 sma
m(41Nb93) = 92,9064 sma
m(-1e0) = 0,000549 sma
Rumus Menghitung Perubahan Massa Reaksi Fisi Inti Atom Uranium
Perubahan massa pada reaksi fisi inti atom Uranium dapat dihitung dengan menggunakan rumus berikut:
m = 137,9053 + 92,9064 + (5 x 1,0087) + (5 x 0,000549)
m = 235,857945
Δm = m0 – m
Δm = 236,0526 – 235,857945
Δm = 0,1947 sma
Jadi perubahan massa pada reaksi inti atom Uranium adalah 0,1947 sma
Rumus Menentukan Energi Dihasilkan Reaksi Fisi Inti Atom 1 kg Uranium
Besarnya energi yang dihasilkan pada reaksi inti atom uranium dapat dinyatakan dengan menggunakan rumus berikut
E = Δm. 931,5 MeV
E = 0,1947 x 931,5
E = 181,363 MeV
Untuk 1 atom uranium maka Energinya adalah
E = 181,363/(235,0439)
E = 0,7716 MeV/sma
Untuk 1 kg atom Uranium maka energinya dapat dihitung sebagai berikut:
1 sma = 1,66 x 10-27 kg atau
1 kg = (1/1,66 x 10-27) sma
E = (1/1,66 x 10-27) (0,7716)
E =4,648 x 1026 MeV
Jadi energi yang dihasilkan adalah 4,647 x 1026 MeV
2). Contoh Soal Reaksi Fusi Inti Atom Hidrogen
Reaksi fusi yang berlangsung di Matahari akan menghasilkan energi seperti ditunjukkan reaksi berikut:
4 1H1 → 2He4 + 2 +1e0 + Q (Energi)
Hitunglah besar energi yang dilepaskan oleh 1 kg hydrogen. Jika Massa 1H1 adalah 1,007825 u; 2He4 adalah 4,002604 u dan +1e0 adalah 0,000549 u
Diketahui:
m(1H1) = 1,007825 sma
m(2He4) = 4,002604 sma
m(+e0) = 0,000549 sma
Rumus Menghitung Perubahan Massa Inti Reaksi Fusi Hidrogen
Besarnya perubahan massa inti selama reaksi fusi dapat dihitung dengan menggunakan rumus berikut:
Δm = [4 x m(1H1)] – [m(2He4) + 2 m(+1e0)]
Δm = (4 x 1,007825) – (4,002604 + 2 x 0,000549)
Δm = 4,031300 – 4,003702
Δm = 0,027598 sma
Rumus Menghitung Energi Reaksi Fusi Hidrogen
Besar energi yang dihasilkan dari reaksi fusi hydrogen yang terjadi pada matahari dapat dirumuskan dengan persamaan berikut
E = Q = Δm x 931,5 MeV
E = 0,027598 x 931,5
E = 25,708 MeV
Jadi energi yang dihasilkan dari reaksi fusi adalah 25,708 MeV
Energi yang dihasilkan reaksi fusi di atas adalah dari 4 inti atom hydrogen 1H1 sehingga untuk satu inti atomnya adalah
E = 25,708/(4×1,007825)
E = 6,377 MeV/sma
jadi untuk satu sma hydrogen energinya adalah 6,377MeV
Rumus Menghitung Energi Reaksi Fusi 1 kg Hidrogen
Energi yang dihasilkan dalam reaksi fisi satu kilogram hydrogen dapat dihitung dengan rumus berikut:
1 sma = 1,66 x 10-27 kg atau
1 kg = (1/1,66 x 10-27) sma E = (1/1,66 x 10-27) 6,377
E = 3,842 x 1027 MeV
Jadi energi yag dihasilkan adalah 3,842 x 1027 MeV
3). Contoh Soal Menentukan Energi Reaksi Fusi Di Matahari
Jika reaksi fusi yang terjadi di matahari mengikuti reaksi seperti di bawah ini
2He3 + 2He3 → 2He4 + 21H1 + E (Energi)
Maka tentukan energi yang dihasilkan pada setiap reaksi fusi di atas. Diketahui massa inti 1H1 = 1,0078 sma; massa inti 2He3 = 3,0160 sma; massa inti 2He4 = 4,0026 sma. Bila 1 sma setara dengan energi 931,5 MeV,
Rumus Menentukan Perubahan Massa Reaksi Fusi Matahari
Perubahan massa inti atom pada reaksi fusi dapat dirumuskan dengan menggunakan persamaan berikut
Δm = m0 – m
Δm = perubahan massa
m0 = massa pereaksi
m = massa produk reaksi
Massa Pereaksi,m0
m0 = 2 x m(2He3)
m0 = 2 x 3,0160 sma
m0 = 6,0320 sma
Massa Produk Reaksi, m
m = m(2He4) + 2 m(1H1)
m = 4,0026 + (2 x1,0078)
m = 6,0182 sma
Perubahan Massa Inti Atom Pada Reaksi Fusi adalah
Δm = m0 – m
Δm = 6,032 – 6,0182
Δm = 0,0138 sma
Jadi perubahan massa pada reaksi fusi adalah 0,0138 sma. Ini artiya massa inti atom berkurang sebanyak 0,0138 sma
Rumus Mencari Energi Reaksi Fusi Matahari
Energi yang dihasilkan reaksi fusi di matahari dapat dinyatakan dengan menggunakan rumus berikut:
E = Δm x 931,5 MeV
E = 0,0138 x 931,5
E =12,855 MeV
Jadi energi yang dihasilkan pada reaksi fusi matahari adalah 12,855 MeV
4). Contoh Soal Perhitungan Energi Reaksi Inti Atom
Tentukan energi yang dibebaskan pada reaksi fusi inti atom berikut:
1H2 + 1H3 → 2He4 + 0n1 + E
Diketahui:
1H2 = 2,0141 sma
1H3 = 3,0160 sma
2He4 = 4,0026 sma
0n1 = 1,0087 sma
Rumus Menghitung Perubahan Massa Reaksi Inti Atom
Perubahan massa inti atom pada reaksi fusi dapat dinyatakan dengan rumus berikut:
Δm = [m(1H2 ) + m(1H3)] – [m(2H4)+ m(0n1)]
Δm = [ 2,0141 + 3,0160] – [ 4,0026 + 1,0087]
Δm = 5,0301 – 5,0113
Δm = 0,0188 sma
Jadi Perubahan massa inti pada reaksi adalah 0,0188 sma
Rumus Mencari Energi Dibebaskan Reaksi Fusi Inti Atom
Besarnya energi yang dibebaskan selama reaksi inti atom dapat dirumuskan dengan persamaan berikut
E = Q = Δm 931,5 MeV
E = 17,5122 MeV
Jadi energi yang dibebaskan pada reaksi inti adalah 17,5122 MeV
Sears, F.W – Zemarnsky, MW , 1963, “Fisika untuk Universitas”, Penerbit Bina Cipta, Bandung,
Giancoli, Douglas C. 2000. Physics for Scientists & Engineers with Modern Physics, Third Edition. New Jersey, Prentice Hall.
Halliday, David, Robert Resnick, Jearl Walker. 2001. Fundamentals of Physics, Sixth Edition. New York, John Wiley & Sons.
Tipler, Paul, 1998, “Fisika untuk Sains dan Teknik”, Jilid 1,Pernerbit Erlangga, alih bahasa: Prasetyo dan Rahmad W. Adi, Jakarta.
Tipler, Paul, 2001, “Fisika untuk Sains dan Teknik”, Jilid 2, Penerbit Erlangga, alih bahasa: Bambang Soegijono, Jakarta.
Ganijanti Aby Sarojo, 2002, “Seri Fisika Dasar Mekanika”, Salemba Teknika,
Giancoli, Douglas, 2001, “Fisika Jilid 1, Penerbit Erlangga, Jakarta.
Reaksi Inti Nuklir: Pengertian Reaksi Fisi Fusi Termonuklir Rumus Contoh Soal Perhitungan, Rumus Menghitung Perubahan Massa Reaksi Fisi Inti Atom Uranium, Contoh Soal Reaksi Fusi Inti Atom Hidrogen, Satuan Lambang Energi Reaksi Inti Atom, Contoh Soal Menentukan Energi Reaksi Fusi Di Matahari,
Pengertian Waktu Paruh Peluruhan Radiaktif Inti Atom: Proses peluruhan radioaktif akan terus berlangsung hingga dihasilkan inti atom yang stabil. Jumlah inti dan aktivitas pancaran zat radioaktif berkurang setiap saat.
Walaupun terus berkurang, namun selalu bersisa. Aktivitas pancaran zat radioaktof adalah banyaknya inti atom zat radioaktif yang meluruh setiap satuan waktu.
Rumus Laju Peluruhan Inti Radioaktif – Aktivitas Radioaktif
Laju peluruhan inti radioaktif disebut sebagai aktivitas radioaktif yang besarnya dapat dirumuskan dengan menggunakan persamaan seperti berikut.
dN/dt= – λ N
Keterangan
dN/dt = laju pengurangan inti (peluruhan/detik)
λ = konstatnta peluruhan
Satuan Notasi Aktivitas Radioaktif
Besaran λN diketahui sebagai aktivitas radioaktif dan disimbolkan dengan R.
Satuan untuk R dalam SI dinyatakan dalam becquerel (Bq). Dimana
1Bq = 1 peluruhan/detik.
Pada kenyataannya aktivitas radioaktif adalah sangat tinggi. Sehingga digunakan satuan lain, yaitu curie (Ci) dimana
1 Ci = 2,70 x 1010 Bq.
Hukum Peluruhan Radioaktif
Aktivitas radioaktif menyebabkan terjadinya perbedaan jumlah partikel sebelum dan sesudah terjadinya peluruhan. Hubungan antara jumlah partikel sebelum dan sesudah terjadi peluruhan dapat ditentukan dengan mengintegralkan persamaan di atas.
Dengan demikian diperoleh suatu hubungan seperti berikut.
N = N0 e–λtN
Keterangan:
N = jumlah partikel sisa yang belum meluruh
N0 =jumlah partikel awal atau mula mula
t = selang waktu peluruhan.
Setiap selang waktu t yang menghasilkan sisa partikel yang belum meluruh jumlahnya separuh dari sebelumya dinyatakan dengan notasi T1/2atau dapat ditulis T saja. Atau dengan kata lain,
Selang waktu yang diperlukan sehingga aktivitas radioaktif tinggal separuh aktivitas awal disebut waktu paruh dengan notasi T atau T1/2.
Untuk menghitung waktu paruh peluruhan inti atom dapat menggunakan formulasi dari rumus peramaan berikut.
T1/2= T = (ln2)/λ atau
T = 0,693/λN
Dengan substitusi atau menggabung kedua persamaan di atas akan diperoleh hubungan antara partikel sisa dengan waktu peluruhan dan waktu paruh sesuai dengan formulasi rumus persamaan berikut:
N = N0(1/2)t/T
Rumus persamaan tersebut dikenal dengan Hukum Peluruhan Radioaktif. Dari persamaannya diketahui bahwa partikel zat tersisa dari peluruhannya dipengaruhi secara eksponensial oleh waktu peluruhan dan waktu paruhnya.
Ketika zat atau partikel radioktif meluruh selama waktu paruhnya atau t sama dengan T, maka sisa zat partikel radioaktifnya adalah separuh atau setengah dari awalnya.
Jadi ketika t = T
Maka
N = N0(1/2)T/Tatau
N = N0 (1/2)1atau
N = (1/2)N0
Jika zat partikel radioaktif meluruh selama dua kali waktu paruhnya, maka t=2T
Sehingga partikel sisa peluruhannya adalah.
N = N0 (1/2)2T/Tatau
N = N0 (1/2)2atau
N = (1/4) N0 atau
Dengan dimikian setiap satu kali meluruh akan menjadi separuhnya dan dua kali meluruh akan menjadi ¼ nya.
1). Contoh Soal Perhitungan Waktu Paruh Aktivitas Inti Radium Ra
Hitunglah aktivitas inti 20 gram inti radium 82Ra226 yang mempunyai waktu paruh 1620 tahun
Diketahui:
T½ = T = 1620 tahun
T = 1620 × 365 × 24 × 3600 detik
T = 5,1 x10 10 detik
m = 20 gram
ARa = 226
Rumus Menentukan Jumlah Zat Radioaktif
Jumlah zat radioakatif dapat dihitung dengan menggunakan dua persamaan berikut
N = m.NA/ARa dan
R = λ N atau
R = (0,693 x N)/T
NA = bilangan Avogadro
NA = 6,025 x 1023
N = (20 x 6,025 x 1023)/226
N = 5,33 x 1022 partikel atom
substitusikan kepersamaan berikut
R = (0,693 x N)/T
R = (0,693 x 5,33 x 1022)/(5,1 x10 10)
R = 7,24 x 1011 partikel atom/detik atau
R = (7,24 x 1011)/(3,70 × 1010)
R = 19,6 Ci
Jadi aktivitas zat radioaktif Radium adalah 19,6 Ci
Catatan Konversi Satuan Aktivitas Zat Radioaktivitas
Kekuatan suatu zat radioaktivitas memancarkan radiasi, atau aktivitas radiasi, dinyatakan dalam satuan Curie (Ci)
1 Ci = 3,70 × 1010 peluruhan/sekon.
Satuan SI untuk aktivitas radiasi yang biasa adalah Becquerel (Bq) yang didefinisikan sebagai:
1 Bq = 1 peluruhan/sekon
1 Ci = 3,70 × 1010 Bq
2). Contoh Soal Perhitungan Peluruhan Partikel Pengion Waktu Paruh 4 Tahun,
Sebuah zat radioaktive memiliki waktu paruh 2 tahun, hitunglah tetapan peluruhan zat radioaktive tersebut.
Diketahui
T = T1/2 = 2 tahun
Rumus Menentukan Tetapan Peluruhan Zat Partikel Radioactive
Tetapan perluruhan suatu zat radioactive dapat dihitung dengan menggunakan rumus berikut
T = 0,693/ λ atau
λ = 0,693/T
λ = 0,693/2
λ = 0,3465/tahun
Jadi tetapan peluruhan zat radiaoaktive adalah 0,3465 per tahun
3). Contoh Soal Perhitungan Waktu Paruh Dan Tetapan Peluruhan Zat Radioaktif
Aktivitas sebuah zat radioaktif berkurang 1/16 bagian dari aktivitas awalnya dalam selang waktu 16 jam. Tentukan waktu paruh dan tetapan peluruhannya.
Diketahui:
R = 1/16 R0
t = 16 jam
Rumus Menentukan Waktu Paruh Zat Radioaktif
Waktu paruh suatu zat radioaktif dapat dirumuskan dengan menggunakan dua persamaan berikut:
R = (½)n A0 dan
t/T = n
menentukan nilai n dengan rumus berikut:
R/R0 = (½)n
(1/16) = (½)n
(½)4 = (½)n
n = 4
waktu paruhnya dengan menggunakan rumus berikut
t/T = n
T = t/n
T = 16/4
T = 4 jam
Jadi, waktu paruh zat radioaktif adalah 4 jam
Rumus Mencari Tetapan Peluruhan Zat Radioaktif
Tetapan peluruhan zat radioaktif dapat dinyatakan dengan menggunakan rumus berikut
T = 0,693/ λ atau
λ = 0,693/T
λ = 0,693/4
λ = 0,1733/ jam
Jadi, tetapan peluruhan zat radioaktifnya adalah 0,1733/ jam
4). Contoh Soal Perhitungan Sisa Peluruhan Zat radioaktif
16 gram Zat bahan radioaktif memiliki waktu paruh 12 jam disimpan dalam suatu bejana yang terisolasi. Tentukan sisa zat radioaktif yang belum meluruh setelah 36 jam
Diketahui:
No = 16 gram (massa zat mula mula)
T = T1/2 = 12 jam
Rumus Menghitung Sisa Peluruhan Zat Radioaktif
Sisa zat radioaktif setelah meluruh dapat dirumuskan dengan menggunakan persamaan berikut:
N = N0(1/2)t/T
N = 16 (1/2)36/12
N = 16(1/2)3
N = 16 (1/8)
N = 2 gram
Jadi Sisa zat radioaktif adalah 2 gram.
5). Contoh Soal Menghitng Aktivitas Zat Radioaktif Radium 88Ra226,
Inti Radium 88Ra226 memiliki waktu paruh 1,6×103 tahun dan jumlah inti 3 × 1016. Hitunglah berapa aktivitas inti Radium pada saat itu
Diketahui:
N = 3× 1016
T = (1,6× 103 x 365 x 24 x 60 x60
T = 5 × 1010 detik
Rumus Menentukan Aktivitas Zat Radioaktif Inti Radium 88Ra226
Aktivitas zat radioaktf dapat dinyatakan dengan menggunakan dua persamaan berikut:
T = 0,693/ λ dan
R = λ N
Substitusikan kedua persamaan tersebut sehingga menjadi seperti ini
R = (0,693 x N)/T
R = (0,693 x 3× 1016)/(5 × 1010)
R = 4,16 x 105 peluruhan/detik atau
R = 4,16 Bq
Jadi aktivitas zat radioaktifnya adalah 4,16 Bq
6). Contoh Soal Perhitung Partikel Sisa Peluruhan Zat Radioaktif.
Missal 100 gram unsur X yang memiliki waktu paruh 10 hari. Unsur X meluruh menjadi unsur Y. Ketika X meluruh selama satu bulan, tentukan jumlah unsur X yang tersisa, hitung jumlah unsur Y dan tentukan konstanta peluruhannya.
Diketahui
N0 = 100 gram
t = 1 bulan=30 hari
T= 10 hari
N=100 (1/2)30/10 atau N=100(1/2)3
N= 100 x (1/8)
N=12,5 gram. (ini adalah Jumlah sisa peluruhan unsur X)
Jumlah Unsur Y yang terbentuk adalah = 100 -12,5
Rumus Menentukan Tetapan Peluruhan Zat Radioaktif
Jumlah Unsur Y=87,5 gram, Ini merupakan jumlah unsur yang berkurang dari unsur X. sedangkan konstanta atau tetapan dari peluruhannya adalah
T= (0,693/λ atau
λ= 0,693/T atau
λ= 0,693/10
λ= 0,0693 per hari
Rumus Aktivitas Zat Radioaktif.
Sedangkan untuk menghitung aktivitas zat radioaktif setelah meluruh dapat dihitung dengan menggunakan rumus persamaan berikut
R = R0(1/2)t/T
Keterangan
R = aktivitas zat radioaktif setelah meluruh (kejadian/s)
R0 = aktivitas zat radioaktif awal atau mula mula
T = T1/2 waktu paruh (s)
7). Contoh Soal Perhitungan Waktu Paruh Zat Radioaktif Inti Atom.
Jika Tetapan atau konstanta peluruhan zat radioaktif adalah 6,93 x10-5 Bq. Setelah 200 detik aktivitas pancarannya menjadi 4 x 106 Bq. Hitunglah aktivitasa awal atau mula mula zat radioaktif tersebut.
Diketahui
λ = 6,93 x10-3
T = 200 s
R = 4 x 106 Bq
R0 = …
Rumus Menentukan Aktivitas Awal Zat Radioaktif
Aktivitas zat radioaktif dapat dirumuskan dengan menggunakan dua persamaan berikut
Pengertian Zat Radioaktif. Inti atom radioaktif adalah inti yang tidak stabil yang secara spontan memancarkan sinar radioaktif (yaitu sinar α, β, dan γ). Pemancaran sinar ini menyebabkan jumlah inti makin lama makin berkurang (meluruh). Inti radioaktif ini mengalami peluruhan (disintegrasi) untuk mencapai kondisi yang lebih stabil.
Pengertian Radioaktivitas
Peristiwa pemancaran partikel – partikel radioaktif secara spontan ini disebut radiokativitas atau peluruhan radioaktif. Sinar-sinar yang dipancarkannya disebut sinar radioaktif, sedangkan zat yang memancarkan sinar radioaktif disebut dengan zat radioaktif.
Jenis Partikel Radioaktif
Partikel radioaktif diantaranya adalah proton, neutron, elektron (sinar beta), positron, deutron, triton, sinar alfa, sinar gamma.
Dua pertiga inti atom unsur yang ada di alam dalam kondisi yang tidak stabil. Inti atom dengan Z>83 merupakan inti yang tidak stabil. Agar menjadi stabil inti atom ini akan memancarkan partikel radioaktifnya.
Kestabilan Inti Atom
Beberapa inti atom dapat bertransformasi secara spontan menjadi inti atom lain. Hal ini disebabkan oleh sifat stabilitas inti tersebut. Stabilitas suatu inti ditentukan atau dipengaruhi oleh perbandingan antara jumlah neutron dengan jumlah proton ((atau N/Z).
Inti-inti dengan nomor atom 20 ke bawah (Z ≤ 20) akan stabil jika jumlah protonnya sama dengan jumlah neutronnya (N = Z) atau N/Z=1. Contohnya adalah 8O16, 11Na22, 2He4 dan 6C12. Hal ini Berarti inti dari 2He3 dan 6C14 relatif tidak stabil atau termasuk radioisotop yang dapat memancarkan zat-zat radioaktif.
Sedangkan pada inti dengan Z > 20 relatif lebih stabil jika nilai N lebih besar dari Z atau rasio atau perbadingan N terhadap Z lebih dari 1 (N/Z > 1). Ini artinya jumlah netronnya harus lebih banyak dari jumlah proton dalam inti.
Peleruhan Inti dan Sinar Radioaktif
Peluruhan adalah perubahan suatu nuklida menjadi nuklida lain secara spontan dan diikuti dengan pemancaran partikel redioaktif.
Inti Induk Inti Anak
Inti atom yang mengalami peluruhan disebut inti induk. Sedangkan inti yang dihasilkan dari peluruhan disebut inti anak. Inti anak ini meluruh lagi membentuk inti anak baru. Begitu seterusnya sampai terbentuk deret radioaktif yang memiliki inti stabil.
Pemancaran Sinar Alfa α
Inti atom radioaktif yang memancarkan sinar alfa α akan menyebabkan nomor atom inti induk berkurang dua dan nomor massa induk berkurang empat sehingga berubah menjadi inti atom yang lain. Sinar alfa α merupakan pemancaran partikel yang terdiri atas dua proton dan dua neutron yang merupakan partikel yang bermuatan positif yang memiliki massa 4 kali massa proton yang diberi lambang 2α4 atau 2He4.
Contoh Pemancaran Sinar αyaitu :
92U235 –>90Th231 + 2He4
88Ra224–> 84Rn220 + 2He4
Sifat Ciri Sinar Alfa
Pancaran sinar alfa α menyebabkan ukuran inti menjadi lebih kecil. Partikel alfa αadalah inti atom helium yang memiliki energi tinggi dan bermuatan positif yaitu 2+. Partikel Sinar alfa α akan membelok ketika berada dalam medan magnet maupun medan listrik. Partikel sinar alfa α memiliki daya tembus lebih kecil dibandingkan dengan sinar beta β dan gamma γ.
Pemancaran Sinar Beta β
Ketika Isotop radioaktif memancarkan sinar beta β, maka akan menyebabkan nomor massa inti induk tetap sedangkan nomor atomnya bertambah satu sehingga berubah menjadi inti atom yang lain. Sinar beta β merupakan pancaran elektron dari inti atom karena perubahan neutron menjadi proton dan diberi lambang -1e0
Contoh Pemancaran Sinar Beta β:
91Pa233 –> 92U233 + -1e0
89Ac227 –> 90Th227 + -1e0
Sifat Ciri Sinar Beta
Ketika Pancaran sinar beta β berlangsung, secara bersamaan terjadi perubahan neutron menjadi proton. Dengan kata lain, Partikel sinar beta β merupakan electron yang bergerak cepat. Partikel sinar beta β memiliki muatan negative yaitu (1-). Sinar beta akan membelok ketika berada dalam medan magnet dan medan listrik. Partikel sinar beta β memiliki daya tembus lebih kecil dari pada sinar gamma γnamun lebih besar dari pada sinar alfa α.
Pemancaran Sinar Gamma γ
Inti atom dapat memiliki energi ikat nukleon yang lebih tinggi dari energi ikat dasarnya (ground state). Dalam keadaan ini dapat dikatakan bahwa inti atom dalam keadaan tereksitasi dan dapat kembali ke keadaan dasar dengan memancarkan sinar gamma γatau foton yang besarnya energi tergantung pada keadaaan energi tereksitasi dengan energi dasarnya.
Pemancaran sinar gamma γ tidak menyebabkan perubahan massa maupun muatan pada inti atom. Inti atom yang dalam keadaan tereksitasi diberi notasi atau tanda bintang setelah lambang seperti yang dipakai pada 38Sr*87.
Contoh Pemancaran Sinar Gama γ yaitu:
6C*12 –> 6C12 + γ
28Ni*61–>28Ni61 + γ
Sifat Ciri Sinar Gamma
Pancaran sinar gamma γ tidak mengubah inti induk atom. Sinar gamma γ memancarkan energi yang berupa gelombang elektromagnetik. Sinar gamma γ ini memiliki frekuensi yang tinggi. Partikel sinar gamma γ tidak bermuatan listrik. Partikel sinar gamma γ memiliki daya tembus lebih besar dibandingkan sinar alfa α maupun sinar beta β . Partikel sinar gamma tidak dibelokan oleh medan magnet maupun medan listrik.
Pemancaran Positron
Pancaran positron merubah proton menjadi neutron. Secara umum Pancaran positron dapat ditulis dengan persamaan reaksi seperti berikut:
ZXA –> Z-1YA + 1e0
Contoh Pancaran Positron adalah
29Cu64 –> 28Ni64 + 1e0
Pancaran positron terjadi karena inti memiliki rasio neutron terhadap proton (N/Z) yang relative rendah. Untuk contoh di atas dapat diketahui bahwa jumlah proton dan jumlah neutron sebelum terjadi pemancaran adalah
Jumlah Proton = Z = 29
Jumlah Neutron N= A – Z = 64 – 29 = 35
Sehingga Rasio Neutron terhadap Proton (N/Z) = 35/29 = 1,207
Setelah terjadi pemancaran jumlah proton dan jumlah neutron adalah:
Jumlah Proton = Z= 28
Jumlah Neutron N = A – Z = 64 – 28 = 36
Terjadi pengurangan jumlah proton dari 29 menjadi 28. Dan rasio Neutron terhadap Proton (N/Z) menjadi:
Rasio Neutron terhadap Proton (N/Z) = 36/28 = 1,285
Sifat Ciri Sinar Positron
Setelah peluruhan, rasio neutron terhadap proton (N/Z) meningkat dari 1,207 menjadi 1,285. Dengan demikian pemancaran positron akan menghasilkan jumlah proton (Z) menjadi lebih sedikit dan menghasilkan jumlah Neutron menjadi lebih banyak. Hal ini mengakibatkan rasio N/Z menjadi lebih tinggi, sehingga inti atom menjadi lebih stabil.
Reaksi Transmutasi Inti Atom
Reaksi transmutasi inti atom adalah penembakan suatu nuklida oleh partikel radioaktif atau partikel ringan sehingga membentuk nuklida lain (baru).
Contoh Notasi Lambang Reaksi Transmutasi Inti Atom
Reaksi transmutasi inti atom secara umum dapat dinyatakan dengan persamaan reaksi inti berikut:
A + X → B + Y
Reaksi Transmutasi dan Pemancaran Partikel radioaktif bisa dinotasikan sebagai berikut
A(x,y)B
A = nuklida yang ditembak (mula mula/ asal)
B = nuklida hasil reaksi
X = x = partikel penembak
Contoh Partikel Penembak
Partikel ringan adalah sinar, proton, neutron
Partikel berat adalah 6C12, 7N14, 8O16
Y = y = partikel yang dipancarkan
Contoh Reaksi Transmutasi Uranium
92U238 + 2He4 → 94Pu239 + 3 0n1
Contoh Notasi Reaksi Inti
Reaksi ini dapat dinotasikan sebagai
92U238 (α, n) 94Pu239
1). Contoh Soal Reaksi Inti Pemancaran Partikel Zat Radioaktif
Pemancaran partikel dari suatu reaksi inti memenuhi persamaan reaksi berikut:
86Rn224 → 84P220 + X
Tentukan jenis partikel yang terpancar dari reaksi inti tersebut
Cara Menentukan Jenis Partikel Yang Dipancarkan Oleh Zat Radioaktif
Untuk mengetahui partikel yang dipancarkan pada reaksi inti atom dapat dinyatakan dengan persamaan reaksi inti berikut:
86Rn224 → 84P220 + ZXA
ZXA = partikel yang dipancarkan
Z = nomor atom
A = nomor massa
Menentukan Nomor Atom Z Partikel
Jumlah Z ruas kiri = Jumlah Z ruas kanan
ZRn = ZX + ZP
ZX = ZRn – ZP
ZX = 86 – 84
ZX = 2
Menentukan Nomor Massa A Partikel
ARn = AX + AP
AX = ARn – AP
AX = 224 – 220
AX = 4
Jadi partikel yang dipancarkan dari reaksi inti adalah 2X4 yang merupakan partikel sinar alfa α atau 2He4. Jadi reaksi intinya adalah
Tentukan persamaan reaksi peluruhan radioaktif alami isotop dari Flour 9F21 yang memancarkan partikel beta β
9F21 → X + β
Diketahui
β = -1β0 = -1e0
Menentukan Persamaan Reaksi Peluruhan Radioaktif Inti Flour
Secara umum reaksi pemancaran sinar alfa dari isotop Flour 9F21dapat dinyatakan dengan persamaan reaksi inti sebagai berikut
9F21 → ZXA + β atau
9F21 → ZXA + -1e0
ZXA = Nuklida (inti atom) hasil reaksi peluruhan
Z = nomor atom
A = nomor massa
Z dan A dapat ditentukan dengan persamaan berikut
9F21 → Z=9-(-1)XA=21-0 + -1e0
9F21 → 10X21 + -1e0 atau
Jadi X adalah atom yang memiliki
Nomor massa A = 21 dan
Nomor atom Z = 10 yaitu atom Neon = Ne
Jadi persamaan reaksi peluruhannya adalah
9F21 → 10Ne21 + -1e0 atau
9F21 → 10Ne21 + -1β0
4). Contoh Soal Perhitungan Reaksi Inti Atom Alumunium Dengan Partikel Radioaktif
Inti Atom alumuium 13Al27 ditembak dengan partikel X untuk menghasilkan isotop Fosfor sesuai reaksi inti berikut:
13Al27 + X → 15P30 + 0n1
Tentukan jenis partikel X pada reaksi inti tersebut
Cara Menentukan Partikel Radioaktif Pada Reaksi Inti Alumunium
Partikel yang digunakan untuk menembak inti atom pada reaksi inti dapat dinyatakan dengan persamaan reaksi inti seperti berikut
13Al27 + ZXA → 15P30 + 0n1
ZXA = partikel yang ditembakan
Z = nomor atom
A = nomor massa
Menentukan Nomor Atom Z dan Nomor Massa A Partikel Radioaktif Reaksi Inti Alumunium
13Al27 + ZXA → 15P30 + 0n1
Jumlah Nomor massa A Ruas Kiri dan Kanan adalah Sama
27 + A = 30 + 1
A = 31 – 27 = 4
Jumlah Nomor atom Z Ruas Kiri dan Kanan adalah Sama
13 + Z = 15 + 0
Z = 15 – 13 = 2
Jadi partikel radioaktif X memiliki nomor massa A = 4 dan nomor atom Z = 2 dan ditulis seperti berikut:
2X4 = partikel ini adalah alfa α atau
2α4= 2He4
Jadi, reaksi inti atomnya adalah
13Al27 + 2He4 → 15P30 + 0n1 atau
13Al27 + 2α4→ 15P30 + 0n1
5). Contoh Soal Reaksi Inti Peluruhan Isotop Cobal 27Co55 Membentuk Inti Besi 26Fe55
Diketahui isotop Cobal 27Co55mengalami peluruhan membentuk besi 26Fe55 dengan memancarkan partikel radioaktif sesuai reaksi inti berikut
27Co55 → 26Fe55 + X
Menentukan Partikel Radioaktif Reaksi Peluruhan Inti Isotop Cobal
Secara umum reaksi peluruhan isotop Cobal dan pemancaran partikel radioaktif dapat dinyatakan dengan persamaan reaksi inti sebagai berikut
27Co55 → 26Fe55 + ZXA
Jumlah Nomor massa A Ruas Kiri dan Kanan adalah Sama
55 = 55 + A
A = 55 – 55 = 0
Jumlah Nomor atom Z Ruas Kiri dan Kanan adalah Sama
27 = 26 + Z
Z = 27 – 26 = 1
Jadi partikel radioaktif X memiliki nilai A = 0 dan nilai Z = 1 yang ditulis seperti berikut:
1X0= partikel ini adalah positron (positif electron)
+1e0
Jadi, reaksi inti atomnya adalah
27Co55 → 26Fe55 + +1e0
6). Contoh Soal Perhitungan Reaksi Transmutasi Inti Alumunium
Reaksi transmutasi inti alumunium dilakukan dengan cara menembakan partikel alfa ke inti atom alumunium sehingga terbentuk Fosfor dan memancarkan partikel radioaktif seperti reaksi inti berikut:
13Al27 + α → 15P30 + X
Tentukan jenis partikel radioaktif X
Diketahui
α = 2α4 = 2He4
Menentukan Partikel Radioaktif Dipancarkan Reaksi Transmutasi Inti Atom Aluminium
Reaksi transmutasi inti atom alumunium dapat ditulis dengan persamaan reaksi inti berikut
13Al27 + 2He4 → 15P30 + ZXA
Jumlah Nomor massa A Ruas Kiri dan Kanan adalah Sama
27 + 4 = 30 + A
A = 31 – 30 = 1
Jumlah Nomor atom Z Ruas Kiri dan Kanan adalah Sama
13 + 2 = 15 + Z
Z = 15 – 15 = 0
Jadi partikel radioaktif X memiliki nilai A = 1 dan nilai Z = 0 yang ditulis seperti berikut:
0X1= partikel ini adalah neutron dan ditulis seperti berikut
0n1
Jadi, reaksi inti atomnya adalah
13Al27 + 2He4 → 15P30 + 0n1 atau
13Al27 + 2α4 → 15P30 + 0n1
7). Contoh Soal Pembahasan Reaksi Transmutasi Inti Atom Plutonium 94Pu239
Reaksi transmutasi inti atom Plutonium dengan cara ditembak partkel alfa sehingga membentul nuklida baru Americium dan memancarkan proton dan neutron seperti reaksi berikut:
94Pu239 + α → Am + p + 2 n
Tentukan bilangan nomor atom dan nomor massa inti Americium Am tersebut:
Diketahui
α = 2α4 = 2He4
p = proton = 1p1
n = neutron = 0n1
Cara Menentukan Nomor Atom dan Massa Dipancarkan Reaksi Transmutasi Inti Atom Plutonium
Reaksi transmutasi inti atom plutonium dapat ditulis dengan persamaan reaksi inti berikut
94Pu239 + 2α4 → ZAmA + 1p1 + 2 0n1
Jumlah Nomor massa A Ruas Kiri dan Kanan adalah Sama
239 + 4 = A + 1 + 2(1)
A = 239 + 4 – 1 – 2
A = 240
Jumlah Nomor atom Z Ruas Kiri dan Kanan adalah Sama
94 + 2 = Z + 1 + 2(0)
Z = 95
Jadi inti atom Americium Am memiliki nilai A = 240 dan nilai Z = 95 yang ditulis atau dinotasikan seperti berikut:
95Am240
Sehingga, reaksi inti transmutasi atomnya adalah
94Pu239 + 2α4 → 95Am240 + 1p1 + 2 0n1
7). Contoh Soal Pembahasan Reaksi Inti Atom Nitrogen
Reaksi transmutasi inti atom nitrogen dinotasikan dengan 1N14(α, x) 8O17, tentukan partikel X tersebut:
diketahui:
α = 2α4 = 2He4
Cara Menentukan Partikel Dipancarkan Reaksi Inti Atom Nitrogen
Reaksi transmutasi inti atom nitrogen 1N14(α, x) 8O17 dapat dinyatakan dengan reaksi inti seperti berikut
7N14 + 2α4 → 8O17 + ZXA
Jumlah Nomor massa A Ruas Kiri dan Kanan adalah Sama
14 + 4 = 17 + A
A = 14 + 4 -17
A = 1
Jumlah Nomor atom Z Ruas Kiri dan Kanan adalah Sama
7 + 2 = 8 + Z
Z = 1
Jadi partikel X memiliki nilai A = 1 dan nilai Z = 1 yang ditulis atau dinotasikan seperti berikut:
1X1 yaitu proton = 1p1
Sehingga, reaksi inti transmutasi atomnya adalah
7N14 + 2α4 → 8O17 + 1p1 dan dinotasikan dengan
1N14(α, p)8O17
8). Contoh Soal Perhitungan Reaksi Inti Radioisotop Memancarkan Partikel Sinar Alfa
Jika suatu partikel radioisotop 92X238 ditembak dengan 1 partikel sinar alfa maka akan terbentuk suatu partikel 94Y239 dan akan dipancarkan partikel radioaktif. Tentukan jenis partikel yang dipancarkan tersebut:
Diketahui
92X238
2α4
94Y239
Menentukan Partikel Radioaktif Dipancarkan Reaksi Inti Atom Transmutasi
Reaksi transmutasi inti atom dapat ditulis dengan persamaan reaksi inti berikut
92X238 + 2α4 → 94Y239 + ZRA
ZRA = partikel yang dipancarkan dari reaksi inti
Jumlah Nomor massa A Ruas Kiri dan Kanan adalah Sama
238 + 4 = 239 + A
A = 238 + 4 – 239
A = 3
Jumlah Nomor atom Z Ruas Kiri dan Kanan adalah Sama
92 + 2 = 94 + Z
Z = 92 + 2 – 94
Z = 0
Jadi partikel radioaktif R memiliki nilai A = 3 dan nilai Z = 0. Karena nilai A untuk partikel yang dipancarkan adalah 1 (satu) atau 0 (nol) atau 4 (empat) maka, jika A = 3, artinya ada tiga partikel yang dipancarkan dengan nilai A = 1, dan ditulis seperti berikut:
3 0R1= partikel ini adalah neutron dan ditulis seperti berikut
Sears, F.W – Zemarnsky, MW , 1963, “Fisika untuk Universitas”, Penerbit Bina Cipta, Bandung,
Giancoli, Douglas C. 2000. Physics for Scientists & Engineers with Modern Physics, Third Edition. New Jersey, Prentice Hall.
Halliday, David, Robert Resnick, Jearl Walker. 2001. Fundamentals of Physics, Sixth Edition. New York, John Wiley & Sons.
Tipler, Paul, 1998, “Fisika untuk Sains dan Teknik”, Jilid 1,Pernerbit Erlangga, alih bahasa: Prasetyo dan Rahmad W. Adi, Jakarta.
Tipler, Paul, 2001, “Fisika untuk Sains dan Teknik”, Jilid 2, Penerbit Erlangga, alih bahasa: Bambang Soegijono, Jakarta.
Ganijanti Aby Sarojo, 2002, “Seri Fisika Dasar Mekanika”, Salemba Teknika,
Giancoli, Douglas, 2001, “Fisika Jilid 1, Penerbit Erlangga, Jakarta.
Reaksi Peluruhan Radioaktif: Pengertian Transmutasi Sifat Sinar Alfa Beta Gamma Contoh Soal Rumus Perhitungan 8. Pita Kestabilan Radioaktif, Sifat Ciri Sinar Alfa Beta Gamma, Contoh Pembahasan Soal Reaksi Peluruhan Radioisotop, Cara Menentukan Jenis Partikel Yang Dipancarkan Oleh Zat Radioaktif,
PengertianPemuaian. Pemuaian merupakan gerakan atom penyusun benda akibat adanya peningkatan temperature. Makin tinggi temperatur suatu benda, maka semakin cepat getaran antar atomnya. Getaran atom ini menyebar ke segala arah. Karena adanya getaran atom inilah yang menyebabkan benda memuai ke segala arah.
Ada 3 jenis pemuaian pada zat atau benda, yaitu pemuaian zat padat, pemuaian zat cair, dan pemuaian zat gas. Namun yang akan dibahas hanya untuk pemuaian zat padat.
Besar pemuaian yang dialami suatu benda tergantung pada ukuran awal benda, karakteristik benda, dan besar perubahan temperatur benda. Setiap zat padat mempunyai besaran yang disebut dengan koefisien muai panjang.
Pengertian Pemuaian Panjang
Koefisien muai panjang suatu zat adalah angka yang menunjukkan pertambahan panjang zat apabila temperaturnya dinaikkan satu Celcius. Makin besar koefisien muai panjang suatu zat apabila dipanaskan, maka semakin besar pertambahan panjangnya. Demikian pula sebaliknya, semakin kecil koefisien muai panjang suatu zat, maka makin kecil pula pertambahan panjangnya.
Sebuah benda berbentuk batang atau kawat yang memiliki panjang awal L1 dan koefisien muai panjangnya adalah (α). Batang ini mempunyai temperatur awal T1, kemudian dipanaskan sehingga panjangnya menjadi L2 dan temperaturnya menjadi T2. Kondisi ini dapat diformulasikan dengan rumus persamaan sebagi berikut.
Sebuah benda yang memiliki panjang L1 pada temperatur T1 akan mengalami pemuaian panjang sebesar ΔL jika temperatur dinaikan sebesar ΔT.
Rumus Pemuaian Panjang
Secara matematis, pemuaian panjang benda ini dapat diformulasikan dengan rumus persamaan berikut.
L2= L1+ ΔL
Karena ΔL=L1 x α x ΔT
maka persamaannya menjadi seperti berikut.
L2 = L1 (1 + α xΔT)
Keterangan:
L1= panjang batangmula-mula (m)
L2 = panjang batang setelah dipanaskan (m)
ΔL= selisih panjangbatang L2– L1
α = koefisien muai panjang (/°C)
T1 = temperatur batang mula-mula (° C)
T2 = temperatur batang setelah dipanaskan (° C)
ΔT = selisih temperatur(° C) = T2 – T1
Contoh Soal Dan Pembahasan Pemuaian Panjang Ada Di Akhir Artikel
Pengertian Pemuaian Luas
Untuk benda yang memiliki bentuk lempengan atau lembaran atau plat (atau dua dimensi), akan terjadi pemuaian dalam arah panjang dan lebar secara bersmaan. Ini artinya, lempengan tersebut mengalami pertambahan luas atau pemuaian luas.
Rumus Pemuaian Luas
Seperti dengan pertambahan panjang pada kawat, pertambahan luas pada benda dapat dirumuskan sebagai berikut.
A2= A1 (1 + β x ΔT)
Diketahui β = 2α sehingga persamaannya menjadi seperti berikut
A2 = A1 (1 + 2α x ΔT)
Keterangan:
A1 =luas bidang awal (m2)
A2 = luas bidang setelah dipanaskan (m2)
β =koefisien muailuas (/°C)
ΔT= selisihtemperatur (°C)
Contoh Soal Dan Pembahasan Perhitungan Pemuaian Luas Ads Di Akhir Artikel
Pengertian Pemuaian Volume.
Zat padat yang mempunyai tiga dimensi (panjang, lebar, dan tinggi), seperti bola dan balok, jika dipanaskan akan mengalami muai volume, yakni bertambahnya panjang, lebar, dan tinggi zat padat tersebut. Koefisien pemuaian pada pemuaian volum ini disebut dengan koefisien muai volum atau koefisien muai ruang yang diberi lambang γ.
Rumus Pemuaian Volume
Jika volume bendamula-mula V1, suhu mula-mula T1, koefisien muai Ruang γ, maka setelah dipanaskan volumenya menjadi V2, dan suhunya menjadi T2 sehingga akan berlaku persamaan, sebagai berikut.
V2 = V1 (1 + γ x ΔT)
Karena γ = 3α, maka persamaannya menjadi sepertiberikut.
V2 = V1 (1 + 3α x ΔT)
Keterangan:
V1 = volume benda mula-mula (m3)
V2 = volume benda setelah dipanaskan (m3)
γ = koefisien muairuang (L/°C)
ΔT = selisih suhu (°C)
1). Contoh Soal Pemuaian Panjang Logam Kuningan Pengaruh Temperatur
Sebuah kuningan memiliki panjang 1 m. Tentukanlah pertambahan Panjang kuningan tersebut jika temperaturnya naik dari 10°C sampai 50°C.
Jawab
Diketahui:
L1 = 1 m,
ΔT = T2 – T1
ΔT = 50°C – 10°C
ΔT = 40°C
α = 19 × 10–6/C
Menghitung Pertambahan Panjang Logam Kuningan Akibat Perubahan Temperatur
Pertambahan Panjang logam akibat perubahan tempertur dapat dinyatakan dengan persamaan rumus berikut:
ΔL = α.L1.ΔT
ΔL = (19 × 10-6)(1)(40)
ΔL = 7,6 × 10–4 m
Jadi, pertambahan panjang kuningan setelah pemuaian akibat perubahan temperatur 40° adalah 7,6 × 10–4 m
2). Contoh Soal Mengitung Pemuaian Panjang Kawat Baja Pada Temperatur
Pada temperature 250 C, Panjang kawat baja adalah 25 m, Hitunglah Panjang kawat baja tersebut Ketika berada pada temperature 1000, jika koefisien muai Panjang baja adalah 1,1 x10-5/Celsius
Diketahui:
L = 25 m
α = 1,1 × 10–5/Celcius
T1 = 25 Celcius
T2 = 100 Celcius
Menghitung Pemuaian Panjang Kawat Setelah Kenaikan Suhu
Panjang kawat setelah mengalami pemuaian akibat pertambahan temperature dapat dirumuskan dengan persamaan berikut:
L = L0[1+ α(T2 – T1)]
L = 25[1+(1,1× 10–5 )(100 – 25)]
L = 25[1+8,25×10-4]
L = 25,0206 m
Jadi, Panjang kawat baja setelah muai pada termperatur 100 Celcius adalah 25,0225 m
3). Contoh Soal Perhitungan Pemuaian Panjang Logam Besi
Sebatang besi yang panjangnya 40 cm, jika dipanaskan sampai naik 75 oC bertambah panjang 5 mm, maka hitung berapa pertambahan panjang besi tersebut jika panjangnya 25 cm yang dipanaskan sampai naik 90 oC?
Diketahui:
L1 = 40 cm
L2 = 25 cm
Δt1 = 75 oC
Δt2 = 90 oC
ΔL1= 5 mm
Rumus Menentukan Pertambahan Panjang Batang Besi
Pertambahan panjang batang besi dapat dirumuskan dengan persamaan berikut
α1 = α2
diketahui
ΔL1 = α1.L1.ΔT1 atau
α1 = ΔL1/(.L1.ΔT1)
dan
α2 = ΔL2/(.L2.ΔT2)
maka
ΔL2/(.L2.ΔT2) = ΔL1/(.L1.ΔT1) atau
ΔL2 = ΔL1(.L2.ΔT2)/(.L1.ΔT1)
ΔL2 = 5(25×90)/(40×75)
ΔL2 = 3,75 mm
Jadi pertambahan Panjang pada batang besi yang panjangnya 25 cm dengan kenaikan suhun 90 Celsius adalah 3,75 mm
4). Contoh Soal Perhitungan Pemuaian Luas Pelat Besi Akibat Suhu Naik
Pada suhu 26 ° C sebuah pelat besi luasnya 20 m2. Temperatur pelat dinaikkan menjadi 86° C dan koefisien muai panjang besi adalah α = 1,2 x10-5/°C. Tentukan luas pelat besi tersebut pada temperature 86 Celsius.
Diketahui :
A1 = 20 m2
T1 = 26° C
T2 = 86° C
ΔT = T2 – T1
ΔT = = 86 – 26
ΔT = 60° C
α = 1,2×10-5/ C
Rumus Menghitung Koefesien Muai Luas Besi
Koefisien muai luas besi dapat dirumuskan seperti berikut:
β = 2 α
β = 2 × 1,2x 10-5 /° C
β = 2,4 x 10-5 /° C
Menghitung Pemuaian Luas Pelat Besi Pada Temperatur Naik
Luas pelat besi setelah kenaikan temperature dapat dinyatakan dengan rumus berikut:
A2= A1 (1 + β x ΔT)
A2= 20 [1 + (2,4 x 10-5)(60)]
A2 = 20[1+0,00144]
A2 = 20,0288 m2
Jadi luas pelat besi setelah dipanaskan adalah 20,0288 m2
5). Contoh Soal Perhitungan Pemuaian Luas Pelat Alumuium
Batang aluminium memiliki luas 100 cm2. Kemudian batang aluminium tersebut dipanaskan mulai dari 26°C hingga mencapai 56°C. Hitung berapakah perubahan luasnya setelah terjadi pemuaian.
Diketahui:
A1 = 100 cm2
T1 = 26 Celcius
T2 = 56 Celcius
α = 2,6 × 10–5/C).
Rumus Menghitung Koefesien Muai Luas Logam Alumunium
Koefisien muai luas alumunim dapat dirumuskan seperti berikut:
β = 2 α
β = 2 × 2,6 x 10-5 /° C
β = 5,2 x 10-5 /° C
Menghitung Perubahan Temperatur
ΔT = T2 – T1
ΔT = 56 – 26
ΔT= 30° C
Rumus Menghtiung Pertambahan Muai Luas Logam Alumuium Suhu Naik
Pertambahan luas logam alumunium akibat kenaikan temperature dapat dinyatakan dengan persamaan rumus berikut:
ΔA = β A1ΔT
ΔA = (5,2 x 10-5)(100)(30)
ΔA = 0,156 cm2
Jadi, pertambahan luas alumunium setelah kenaikan temperature adalah 0,156 cm2
6). Contoh Soal Perhitungan Pemuaian Volume
Sebuah bejana yang terbuat dari kuningan memiliki volume 2 liter pada suhu 25° C. Jika koefisien muai panjang bejana 1,8 × 10-5 /°C, maka tentukan volume bejana pada suhu 75° C!
Diketahui :
α = 1,8 × 10-5/°C
T1 = 26 Celcius
T2 = 76 Celcius
V1 = 2 liter
Menghitung Perubahan Kenaikan Temperatur
ΔT = T2 – T1
ΔT = 76 – 26
ΔT= 50° C
Rumus Pemuaian Volume Bejana Akibat Perubahan Kenaikan Suhu
Volume bejana setelah temperaturnya dinaikkan dapat dirumuskan dengan pesamaan berikut:
V2 = V1 (1 + γ x ΔT)
Rumus Koefisein Muai Volume Logam Kuningan
Koefisien muai volume adalah tiga kali dari koefisien muai Panjang dan dirumuskan seperti berikut:
γ = 3.α
γ = 3x(1,8 x10-5)
γ = 5,4 x 10-5/ ° C
Menentukan Pemuaian Volume Logam Kuningan Setelah Dipanaskan
V2 = 2 [1 + (5,4 x 10-5)(50)]
V2 = 2×1,0027
V2 = 2,0054 liter
Jadi, volume bejana setelah dipanaskan adalah 2,0054 liter.
7). Contoh Saal Pemuaian Volume Baja Pada Temperatur 1026 Celcius
Sebuah baja pejal dengan volume 20 cm3 dipanaskan dari temparatur 26 Celcius hingga 1026 Celsius. Pada temperature 26 Celcius koefisien muai Panjang baja adalah 1,1 x10-5/0C dengan massa jenisnya 7,8 g/cm3. Hitung massa jenis baja pada temperature 1026 Celcius.
Diketahui:
α = 1,1 × 10-5/°C
T1 = 26 Celcius
T2 = 1026 Celcius
ΔT = 1026 – 26
ΔT= 1000° C
V1 = 20 cm3
Rumus Koefisien Muai Volume Baja Pejal
Koefisien Muai volume Baja dapat dihitung dengan rumus berikut
γ = 3. α
γ = 3x(1,1 x10-5)
γ = 3,3 x 10-5/ ° C
Menentukan Pemuaian Volume Baja Pejal Setelah Dipanaskan
Volume baja pejal setelah muai akibat kenaikan temperature dinyatakan dengan rumus berikut
V2 = V1 (1 + γ x ΔT)
V2 = 20 [1 + (3,3 x 10-5)(1000)]
V2 = 20x (1,033)
V2 = 20,66 cm3
Jadi volume baja setelah muai pada temperature 1026 Celcius adalah 20,66 cm3
Menentukan Massa Jenis Akibat Pemuaian Volume Baja
Setelah baja muai akabat dipanaskan, volumenya berubah, namun massanya tetap, sehingga massa jenis pada temperature panas dapat dinyatakan dengan rumus berikut:
r1 = m1/V1 atau
m1 = r1 x V1
r2 = m2/V2 atau
m2 = r2 x V2
Massa baja tetap, sehingga
m1 = m2
r1 x V1 = r2 x V2
r2 = r1 x V1/ V2
r2 = 7,8 x 20/(20,66)
r2 = 7,55 g/cm3
Jadi massa jenis baja pejal pada temperature 1026 Celcius adalah 7,55 g/cm3
8). Contoh Soal Perhitungan Muai Panjang Suatu Batang Kawat.
Sebuah kawat yang terbuat dari baja memiliki panjang 1000 cm. Berapakah pertambahan panjang kawat baja tersebut, jika terjadi perubahan temperature sebesar 50 Celcius.
Diketahui :
L1= 1000 cm
ΔT = 50 °C
α = 12 × 10-6 °C-1
Menghitung Pertambahan Panjang Kawat Baja
ΔL = L1 x α x ΔT
ΔL = 1000 x 12 × 10-6 x 50
ΔL = 60 cm
Jadi pertambahan panjang kawat baja akibat perubahan temperature 50 Celcius adalah 60 cm.
