ardra.biz – Laman 43 – moralitas, mentalitas, intelektualitas

Massa Defek dan Energi Ikat Inti Atom: Pengertian Rumus Contoh Soal Perhitungan 5

Pengertian: Inti atom tersusun oleh dua partikel yaitu proton dan neutron, proton bermuatan positif sedangkan neutron tidak bermuatan atau netral. Kemudian proton dan neutron ini disebut dengan nukleon atau nuklida. Dengan kata lain, nucleon merupakan inti atom.

Inti atom dilambangkan dengan _ZX^A dan X menyatakan nama inti atom, Z menyatakan nomor atom, dan A menyatakan nomor massa atom. Misalnya inti atom karbon memiliki nomor atom 6 sedangkan nomor massanya 12, dengan demikian lambang atom karbon tersebut dapat dituliskan ₆C¹².

Nomor atom Z menyatakan jumlah proton (P) dalam inti atom atau jumlah electron (E) yang mengelilingi inti dan nomor massa A menyatakan jumlah proton (P) dan neutron (N) yang terdapat pada inti atom atau jumlah nukleon.

Jadi A = P + N dan Z = P atau E (electron).

_(Z=P/E)X^(P+N=A)

Pengertian Massa Defek Inti Atom

Dari penjelasan di atas, diketahui bahwa inti adalah tersusun dari proton dan neutron, sehingga massa inti adalah jumlah massa proton dan massa neutron (yaitu massa nucleon).

Namun demikian, kenyataannya, massa inti selalu lebih kecil dari pada massa nucleon (atau lebih kecil dari pada massa proton + neutron). Jadi ada selisih antara massa nucleon dengan massa inti. Selisih ini disebut dengan massa defek. Massa defek ini berubah menjadi energi yang mengikat inti. Energi ini disebut energi ikat inti.

Rumus Massa Defect Inti Atom

Inti atom dengan lambang _ZX^A memiliki sejumlah Z proton dan sejumlah (A – Z) neutron. Jika massa proton m_pdan massa neutron m_n maka jumlah total massa proton dan massa neutron (atau massa nucleon) adalah:

Z . m_p+ (A – Z) . m_n.

Dan jika massa inti atom adalah m, maka massa defeknya dapat dihitung berdasarkan formulasi rumus berikut.

Δm = Z . m_p+ (A – Z) . m_n. – m

Pengertian Gaya Ikat Inti Atom

Gaya ikat inti adalah Gaya yang menyebabkan nulkeon bisa bersatu (mengikat) di dalam inti. Gaya inti atau gaya nuklir ini menyebabkan proton dan neutron tetap berada dalam inti.

Gaya gravitasi menyebabkan gaya Tarik -menarik antarmassa nukleon, yaitu proton dengan proton, proton dengan neutron, atau neutron dengan neutron. Sedangkan gaya elektrostatis menyebabkan gaya tolak -menolak antara muatan proton dan proton. Gaya ikat inti lebih besar dibandingkan gaya gravitasi dan gaya elektrostatis.

Gaya ikat inti bekerja antara proton dengan proton, proton dengan neutron, atau neutron dengan neutron. Gaya ikat inti bekerja pada jarak yang sangat dekat sampai dengan jarak pada diameter inti atom (10^-15 m).

Pengertian Energi Ikat Inti Atom

Energi ikat inti inti (atau binding energy) merupakan jumlah energi yang harus diberikan untuk memecahkan inti menjadi proton dan neutron. Dengan kata lain, Energi inti menggambarkan energi yang diperlukan untuk melepas ikatan proton dan neutron menjadi terpisah.

Rumus Satuan Lambang Energi Ikat Inti Atom

Besarnya Energi ikat inti dapat dihitung dengan rumus persamaan berikut:

ΔE =Δm c²

Dengan keterangan

Δm = massa defek, kg

c = 3.0 x 10⁸ m/s merupakan cepat rambat gelombang cahaya,

ΔE = energi ikat inti, joule

Jika massa defek dinytakan dalam satuan sma, maka energi ikat inti menjadi seperti berikut:

ΔE = Δm 931,5 MeV

Dalam hal ini, energi ikat inti ini merupakan energi yang harus diberikan untuk memecah inti menjadi proton dan neutron pembentuknya.

Jika Energi ikat inti dibagi dengan nomor massa atom A, maka energi ini menjadi energi ikat rata- rata setiap nucleon dan dinyatakan dengan persamaan berikut

E_o = ΔE/A

E₀ = energi ikat rata – rata setiap nukleon.

1). Contoh Soal Perhitungan Massa Defect Inti Atom Uranium

Hitung defek massa inti atom Uranium ₉₂U²³⁸, dengan massa atom ₉₂U²³⁸adalah 238,02891 sma, massa neutron = 1.00867 sma dan massa proton = 1,00728 sma!

Diketahui :

m = 238,02891 sma

m_p = 1,00728 sma

m_n = 1,00867 sma

Rumus Menghitung Massa Defect Inti Atom Uranium U

Massa defect inti uranium ₉₂U²³⁸ dapat dihitung dengan menggunakan rumus seperti berikut:

Δm = Z . m_p+ (A – Z) . m_n. – m

Untuk ₉₂U²³⁸ maka A – Z adalah

(A – Z) = (238 – 92) = 146

Δm = (92 x 1,00728) + (146 x 1,00867) – 238,02891

Δm = (92,66976 + 147,26582) – 238,02891

Δm = 239,93558 – 238,02891

Δm = 1,90667 sma

Jadi, defek massanya adalah 1,90667 sma.

2). Contoh Soal Perhitungan Energi Ikat Inti Atom Uranium

Hitung energi ikat per nukleon dari inti atom Uraniuam ₉₂U²³⁸ yang memiliki massa defect 1,90667 sma.

Diketahui:

Δm = 1,90667 sma

Rumus Mencari Energi Ikat Inti Atom Uranium

Energi ikat inti atom Uranium dapat dinyatakan dengan menggunakan rumus seperti berikut:

ΔE = Δm 931,5 MeV

ΔE = (1,90667) x 931,5

ΔE = 1776,0631 MeV

Rumus Menentukan Energi Ikat Per Nukleon Dari Inti Atom Uranium

Energi ikat per nucleon dapat dihitung dengan menggunakan persamaann berikut

E_o = ΔE/A

E_o = 1776,0631/238

E_o = 7,4624 MeV

Jadi, energi ikat per nukleon adalah 7,4624 MeV

3). Contoh Soal Menentukan Energi Ikat Inti Atom Isotop Hidrogen

Tentukan eneri ikat inti ₁H² jika massa isotop ₁H² adalah 2,014102 sma dan massa atom ₁H¹ adalah 1,007825 sma sedangkan massa neutron adalah 1,008665 sma

Diketahui

m ₁H² = 2,014102 sma

m ₁H¹ = 1,007825 sma

m_n = 1,008665 sma

Rumus Menghitung Massa Defect Inti Atom Isotop ₁H²

Massa defect inti Hidrogen ₁H² dapat dihitung dengan menggunakan rumus seperti berikut:

Δm = Z . m_p+ (A – Z) . m_n. – m

Untuk inti atom ₁H²maka A – Z adalah

(A – Z) = (2 – 1) = 1

Δm = (1 x 1,007825) + (1 x 1,008665) – 2,014102

Δm = 2,01649 – 2,014102

Δm = 0,002388 sma

Rumus Menghitung Energi Ikat Inti Atom Rata Rata Isotop Hidrogen

Energi ikat rata rata inti atom dapat dihitung dengan rumus berikut

E_o = ΔE/A

ΔE = Δm x 931,5

ΔE = 0,002388 x 931,5

ΔE = 2,2244 MeV

Sehingga energi ikat rata ratanya adalah

E_o = ΔE/A

E_o = 2,2244/2

E_o = 1,1122 MeV

Jadi energi ikat per nucleon inti isotop atom ₁H² adalah 1,1122 MeV

4). Contoh Soal Perhitungan Massa Defect Dan Energi Ikat Into Atom Litium

Tentukanlah energi ikat inti dan energi ikat per nukleon inti Litium ₃Li⁷, jika massa inti atom Li adalah 6,941 sma

Diketahui :

m = 6,941 sma

m_p = 1,00728 sma

m_n = 1,00867 sma

Rumus Menghitung Massa Defect Inti Atom Lithium Li

Massa defect inti Litium ₃Li⁷ dapat dihitung dengan menggunakan rumus seperti berikut:

Δm = Z . m_p+ (A – Z) . m_n. – m

Untuk atom Litium ₃Li⁷ maka A – Z adalah

(A – Z) = (7 – 3) = 4

Δm = (3 x 1,00728) + (4 x 1,00867) – 6,941

Δm = (3,02184 +4,03468) – 6,941

Δm = 7,05652 – 6,941

Δm = 0,11552 sma

Jadi, defek massanya adalah 0,11552 sma.

Rumus Menentukan Energi Ikat Per Nukleon Dari Inti Atom Lithium,

Energi ikat per nucleon dapat dihitung dengan menggunakan persamaann berikut

E_o = ΔE/A

Perlu menghitung energi ikat inti atom lithium ΔE dahulu

Rumus Menghitung Energi Ikat Inti Atom Lithium

Energi ikat inti atom lithium dapat dihitung dengan rumus berikut

ΔE = Δm 931,5 MeV

ΔE = (0,11552) 931,5 MeV

ΔE = 107,6069 MeV

Sehingg Energi ikat rata rata per nucleon inti atom litium dapat dihitung dengan menggunakan rumus berikut

E_o = ΔE/A

E_o = (107,6069)/7

E_o = 15,3724 MeV

Jadi Energi Ikat rata rata nucleon adalah 15,3724 MeV

5). Contoh Soal Perhitungan Massa Defek dan Energi Ikat Inti Atom Nitrogen.

Hitung besarnya Energi rata – rata setiap nucleon untuk inti ₇N¹⁴ jika diketahui massa ₇N¹⁴ = 14,003074 sma, dan massa proton = 1,007825 sma, dengan massa neutron adalah 1,008665 sma.

Rumus Menentuka Massa Defect Inti Atom Nitrogen

Inti ₇N¹⁴ terdiri dari Z=7 proton, dan (A – Z)=14-7=7 neutron, sehingga massa defeknya adalah:

Δm = Z . m_p+ (A – Z) . m_n. – m

Δm = (7)(1,007825)+(7)(1,008665)-(14,003074)

Δm = 0,112356 sma

Rumus Perhitungan Energi Ikat Inti Atom Nitrogen

Energi ikat inti atomnya adalah:

ΔE = Δm 931,5 MeV

ΔE = (0,112356 sma)( 931,5)

ΔE = 104,7 MeV

Rumus Menentukan Energi Ikat Rata Rata Nukleon Inti Atom Nitrogen

Sedangkan Energi rata – rata setiap nucleon dihitung dengan persamaan berikut

E₀ =ΔE/A =104,7 MeV/(14)

E₀= 7,43 MeV

Daftar Pustaka:

Ganijanti Aby Sarojo, 2002, “Seri Fisika Dasar Mekanika”, Salemba Teknika,
Giancoli, Douglas, 2001, “Fisika Jilid 1, Penerbit Erlangga, Jakarta.
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.
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.
Massa Defek dan Energi Ikat Inti Atom: Pengertian Rumus Contoh Soal Perhitungan 5, Contoh Soal Perhitungan Massa Defect Inti Atom, Rumus Satuan Lambang Massa Defect Inti Atom, Rumus Menentukan Energi Ikat Per Nukleon Dari Inti Atom, Rumus Satuan Lambang Energi Ikat Inti Atom,

Kapasitas Kalor Jenis Asas Black: Pengertian Contoh Soal Rumus Perhitungan Satuan 12

Pengertian Kalor. 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.

Pengertian Kalor Jenis

Pengukuran kalor sering dilakukan untuk menentukan kalor jenis suatu zat. Jika kalor jenis suatu zat diketahui, kalor yang diserap atau dilepaskan dapat ditentukan dengan mengukur perubahan temperature zat tersebut.

Kalor Jenis adalah jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu terhadap jenis zat disebut dengan istilah kalor jenis yang diberi simbol dengan c.

Rumus Kalor Jenis

Kalor jenis (c) zat adalah kapasitas kalor per satuan massa zat (merupakan karakteristik dari bahan zat tersebut) dan dinyatakan dengan persamaan rumus berikut:

c = Q/(m.ΔT) atau

Q = m.c.ΔT

Q = jumlah kalor yang diberikan pada zat (kal atau J)

c = kalor jenis zat (kal/g ^oC atau J/g ^oC),

m = massa zat (g ),

ΔT = Perubahan temperatur zat (^oC atau K).

Satu kilokalori (1 kkal) adalah kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 kg air sebesar 1 °C. Zat yang berbeda (dengan massa zat yang sama, misalnya 1 kg) memerlukan kuantitas kalor yang berbeda untuk menaikkan suhunya sebesar 1 °C.

Secara umum, kalor jenis zat merupakan fungsi suhu zat tersebut meskipun variasinya cukup kecil terhadap variasi suhu. Sebagai contoh, dalam rentang suhu 0°C – 100 °C, kalor jenis air berubah kurang dari 1% dari nilainya sebesar 1,00 cal/g °C pada 15 °C.

Catatan: Konversi satuan dari joule ke kalori adalah: 1 kalori = 4,18 joule atau 1 joule = 0,24 kalori

Contoh Soal Dan Pembahas Ada Di Akhir Artikel

Pengertian Kapasitas Kalor.

Kapasits Kalor adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikan suhu suatu benda sebesar satu Celcius. Satuan kapasitas kalor adalah J/K, atau J/°C.

Rumus Kapasitas Kalor

Kapasitas kalor merupakan perbandingan antara jumlah kalor yang diberikan dengan kenaikan suhu suatu benda yang diberi simbol dengan C dan dirumuskan sebagai berikut:

C = Q/ ΔT atau

C = kapasitas kalor (kal/^oC)

Pada persamaan tersebut C adalah kapasitas kalor dengan satuan kal/^oC atau J/K. hubungan dan C dan c dapat dituliskan sebagai berikut:

C = c x m

Keterangan

m = massa zat / benda (kg)

c = kalor jenis (J/kg^oC)

Dengan subsitusi C ke dalam persamaan kalor

Q = m.c. ΔT

C = c m, maka persamaan kalor menjadi

Q = C. ΔT

Contoh Soal Dan Pembahasan Ada Di Akhir Artikel

Azas Black, Kekekalan Energi.

Energi adalah kekal sehingga benda yang memiliki temperatur lebih tinggi akan melepaskan energi sebesar Q_L dan benda yang memiliki temperature lebih rendah akan menerima atau menyerap energi sebesar Q_Sdengan besar yang sama. Secara matematis, pernyataan tersebut dapat ditulis sebagai berikut.

Q_Lepas = Q_Serap

Persamaan di atas menyatakan hukum kekekalan energi untuk pertukaran kalor yang disebut sebagai Asas Black. Nama hukum ini diambil dari nama seorang ilmuwan Inggris sebagai penghargaan atas sumbangsihnya, yaitu Joseph Black (1728–1799).

Jadi Asas Black menyatakan Kalor yang dilepaskan sama dengan kalor yang diserap sehingga berlaku hukum kekekalan energi.

Pengukuran Kalori, Kalorimeter.

Kalorimeter merupakan alat yang umum digunakan untuk mengukur kalor. Kalorimeter ini terdiri dari sebuah bejana logam dengan kalor jenisnya telah diketahui. Bejana ini ditempatkan dalam bejana lain yang relative lebih besar. Kedua bejana dipisahkan oleh bahan penyekat, seperti gabus atau wol.

Kegunaan bejana luar adalah sebagai pelindung agar pertukaran kalor dengan lingkungan di sekitar kalorimeter dapat dikurangi. Kalorimeter juga dilengkapi dengan batang pengaduk. Pada waktu zat dicampurkan, air di dalam kalorimeter perlu diaduk agar diperoleh temperatur yang homogen dari percampuran dua zat yang suhunya berbeda.

Batang pengaduk terbuat dan bahan yang sama dengan bahan bejana kalorimeter. Zat yang diketahui kalor jenisnya dipanaskan sampai temperatur tertentu. Kemudian, zat tersebut dimasukkan ke dalam kalorimeter yang berisi air dengan temperatur dan massanya yang telah diketahui. Selanjutnya, kalorimeter diaduk sampai suhunya tetap. Dengan menggunakan hukum kekekalan energi, kalor jenis zat yang dimasukan dapat dihitung.

Cara Prisip Kerja Kalorimeter dan Bagian Alat Ukur Kalor

Pada sistem tertutup, kekekalan energi panas (kalor) ini dapat dituliskan sebagai berikut:

Q = m c ΔT

Dari persamaannya diketahui bahwa kalor yang diserap benda sangat bergantung massa dan kalor jenis bendanya. Persamaan tersebut menyatakan besarnya kalor Q yang diperlukan untuk mengubah suhu suatu zat yang besarnya ΔT sebanding dengan massa m zat tersebut.

Keterangan:

Q = kalor yang diserap/dilepas benda (J)

m = massa benda (kg)

c = kalor jenis benda (J/kg°C)

ΔT = perubahan suhu (°C)

Persamaan tersebut dapat menjelaskan pengaruh perubahan temperature terhadap kalor yang dimiliki benda. Ketika temperatur naik, artinya benda menerima atau menyerap kalor , dan ketika temperature turun artinya benda melepaskan kalor.

Untuk benda yang memiliki kalor jenis dan massa tertentu, nilai kalornya hanya tergantung pada tinggi rendahnya perubahan temperature.

Contoh Soal Dan Pembahasan Untuk Kalor Jenis, Kapasitas Kalor dan Asas Black

1). Contoh Soal Rumus Menentukan Kalor Jenis Zat

Sebatang logam bermassa 500 gram dipanaskan dari temperature 26 ⁰C hingga 106 ⁰C. Jika kalor yang digunakan pada pemanasan adalah 9200 J, hitung kalor jenis logam tersebut.

Diketahui:

m_L = 500 g = 0,5 kg

T₁ = 26 ⁰C

T₂ = 106 ⁰C

ΔT = 106 – 26

ΔT = 80 ⁰C

Q = 9200 J

Menghitung Kalor Jenis Zat Logam

Nilai kalor jenis suatu zat atau logam dapat dinyatakan dengan persamaan berikut:

Q = m.c.ΔT atau

c = Q/(m.ΔT)

c = 9200/(0,5×80)

c = 230 J/kg ⁰C

jadi kalor jenis logam adalah 230 J/kg ⁰C

2). Contoh Soal Perhitungan Kenaikan Temperatur Oleh Kalor

Air sebanyak 200 gram yang memiliki temperatur 26^oC dipanaskan dengan energi sebesar 2.000 kalori. Jika kalor jenis air 1 kal/g ^oC, tentukanlah temperatur air setelah pemanasan tersebut

Diketahui:

m = 200 gram,

T₀ = 26 °C,

c_air = 1 kal/g°C, dan

Q = 2.000 kal.

Menghitung Perubahan Temperatur Oleh Energi Panas

Menentukan temperature setelah pemberian energi panas dapat dirumuskan dengan persamaan berukut:

Q = m.c ΔT atau

ΔT = Q/(m.c)

ΔT = 2000/(200×1)

ΔT = 10 Celcius

Menghitung Temperatur Oleh Pemberian Energi Panas

Temperatur setelah adanya energi panas dapat dihitung dengan rumus berikut:

ΔT = T₂ – T₁ atau

T₂ = T₁ + ΔT

T₂ = 26 + 10

T₂ = 36 Celcius

Jadi temperature akhir setelah adanya energi panas adalah 36 Celcius.

3). Contoh Soal Perhitungan Kalor Untuk Menaikkan Temperatur Alumuium

Sepotong aluminium bermassa 10 kg dan temperatur 26 ^oC. Kalor jenis aluminium 900 J/kg. °C. Jika temperatur batang alumunium yang diinginkan menjadi 76 °C, maka hitunglah jumlah kalor yang harus diberikan pada batang aluminium tersebut.

Diketahui:

m = 10 kg

T₁ = 26 ⁰C

T₂ = 76 ⁰C

ΔT = 76 – 26

ΔT = 50 C

c = 900 J/kg.°C

Menghitung Jumlah Kalor Yang Dibutuhkan Untuk Menaikkan Temperatur

Kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan temperature logam alumunim dapat dinyatakan dengan rumus berikut:

Q = c.m. ΔT

Q = (900)(10)(50)

Q = 4,5 x 10^-5J

Jadi kalor yang harus diberikan ke batang alumunium adalah 4,5 x 10^-5J

4). Contoh Soal Menghitung Kalor Jenis Cincin Perak

Sebuah cincin perak massanya 5 g dan temperaturnya 25 ^oC. Cincin tersebut dipanaskan dengan memberi kalor sejumlah 10 kal sehingga suhu cincin menjadi 60 °C. Hitunglah nilai kalor jenis cincin perak tersebut.

Diketahui:

m = 5 g

T₁ = 25 ^oC

T₂= 60 °C

ΔT = 60 – 25

ΔT = 35 ⁰C

Q = 10 kal

Menghitung Kalor Jenis Cincin Perak

Kalor jenis logam perak dapat dihintung dengan rumus berikut

Q = c.m.ΔT

c.= Q/m.ΔT

c = 10/(5×35)

c = 0,0571 kal/g⁰C

Jadi kalor jenis alumunim adalah 0,0571 kal/g⁰C

5). Contoh Soal Menghitung Kapasitas Kalor Zat

Berapakah kapasitas kalor dari 1 kg suatu zat yang mempunyai kalor jenis 2 kal/g ^oC

Diketahui:

m = 1 kg = 1000 gram

c = 2 kal/g ^oC

Rumus Menghitung Kapasitas Kalor Zat

Besarnya kapasitas kalor suatu zat dapat dinyatakan dengan menggunakan rumus berikut:

C = m . c

C = 1000 . 2 = 2.000 kal/^oC

Jadi Kapasitas Kalor Zat adalah 2.000 kal/⁰C

6). Contoh Soal Perhitungan Kapasitas dan Kalor Jenis Logam Besi

Batang logam besi memiliki massa 6 kg dipanaskan dari temperatur 26° C hingga 126° C. Jika kalor yang diserap besi sebesar 270 kJ. Tentukan kapasitas kalor besi dan kalor jenis besi?

Diketahui

m = 6 kg

ΔT = 126° – 26°

ΔT = 100° C

Q = 270 kJ = 270.000 J

Menentukan Kapasitas Kalor Batang Besi Yang Dipanaskan

Kapasitas kalor logam besi yang dipanaskan dapat dinyatakan dengan rumus berikut

C = Q/ΔT

C = 270.000/100

C = 2700 J/⁰C

Jadi kapasitas kalor besi yang dipanaskan adalah 2700 joule per satu derajat Celcius.

Menghitung Kalor Jenis Logam Besi

Kalor jenis logam besi dapat dinyatakan dengan rumus berikut:

c = C/m

c = 2700/6

c = 450 J/kg ⁰C

Jadi kalor jenis logam besi adalah 450 J/kg ⁰C

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:

Q = m.c. ΔT

Q = = 30 kg × 4.186 J/kg ^oC × 25 ^oC

Q = 3130.9 J

Jadi Kalor yang diserap air adalah 3130.9 J

8). Contoh Soal Menghitung Temperatur Keseimbangan Campuran Asas Black

Botol termos berisi 250 gram kopi pada suhu 85 ^OC. Kemudian ditambahkan susu sebanyak 50 gram bersuhu 25 ^OC. Tidak ada kalor pencampuran maupun kalor yang terserap botol termos. Kalor jenis kopi = susu = air = 1,00 kal/g ^OC. Hirung berapa Temperatur keseimbangan campuran?

Diketahui

T_K = Temperatur kopi

T_K = 85 ^OC,

m_K = massa kopi

m_K = 250 g

T_S = temperature susu

T_S = 25 ^OC,

m_S = massa susu

m_S = 50 g

c_S = kalor jenis susu

c_K = kalor jenis kopi

c = c_S = c_K

c = 1 kal/g ^OC

Menghitung Temeratur Keseimbangan, Temperatur Akhir Campuran

Temperatur Keseimbangan merupakan temperature akhir yang dicapai oleh campuran kopi dan susu, dan dinyatakan sesuai Asas Black

Q_S= Q_K

m_S c_S ΔT_S = m_K c_K ΔT_K

karena c_S = c_K = c maka c dapat dihilangkan dari persamaan

m_S ΔT_S = m_K ΔT_K

50 (T – 25) = 250(85 – T)

50 T – 1250 = 21250 – 250T

300T = 22500

T = 75 ^OC

Jadi Temperatur keseimbangan kopi dan susu tercapai pada temperature 75 ⁰C

9). Contoh Soal Perhitungan Temperatur Keseimbangan Akhir Air Dan Gelas Alumunium Asas Black

Air sebanyak 200 g bertemperatur 100° C di tuangkan ke dalam gelas aluminium bermassa 500 g. Jika temperatur awal gelas adalah 25° C, kalor jenis aluminium 900 J/kg °C, dan kalor jenis air 4.200 J/kg °C, maka tentukan temperatur kesetimbangan yang tercapai. Asumsi tidak ada kalor yang mengalir ke lingkungan.

Diketahui

m_G = massa gelas alumunium

m_G = 0,5kg

m_A= massa air

m_A= 0,2kg

T_A = Temperatur air

T_A = 100° C

T_G = temperature gelas alumuium

T_G = 25° C

c_A = kalor jenis air

c_A = 4.200 J/kg °C

c_G = kalor jenis gelas alumunium

c_G = 900 J/kg °C

Menghitung Temperatur Keseimbangan Akhir Air dan Gelas Alumunium

Temperatur keseimbangan akhir yang dicapai antara air dan gelas aluminium dapat dinyatakan dengan Asas Black:

Q_A= Q_G

Q_A= kalor yang dilepas air

Q_G = kalor yang diserap gelas alumuium

m_A c_A ΔT_A = m_G c_G ΔT_G

(0,2)(4200)(100 – T) = (0,5)(900)(T – 25)

84.000 – 840T = 450T – 11250

1290T = 95.250

T = 73,84 ⁰C

Jadi temperature keseimbangan akhir air dan gelas alumunium adalah73,84 ⁰C

10). Contoh Soal Perhitungan Temperatur Keseimbangan Akhir Air Dalam Gelas Dan Es

Dalam gelas berisi 300 cc air bertemperatur 60 ^OC kemudian dimasukkan 60gram es bertemperatur 0 ^OC. Jika kapasitas kalor gelas 20 kal/ ^OC dan kalor lebur es adalah 80 kal/g, maka berapakah temperatur keseimbangnya

Diketahui

m_A = 300 cc = 300 g

c_A = 1 kal/g ^OC

T_A = 60 ^OC

C_G = 20 kal/^OC,

T_G = T_A

m_E = 60 g

T_E = 0 ^OC

L_E = 80 kal/g

Menghitung Temperatur Kesimbangan Akhir Air Dalam Gelas dan Es

Temperatur keseimbangan akhir yang dicapai antara air dalam gelas dan Es dapat dinyatakan dengan Asas Black:

Q_lepas= Q_serap

Menghitung Kalor Yang Dilepas Air dan Gelas

Kalor yang dilepas Q_lepasadalah panas yang dilepas oleh air dan gelas secara bersamaan saat ditambahkan es, dan dinyatakan dengan rumus berikut

Q_lepas= Q_G + Q_A

Rumus Kalor Yang Dilepas Gelas

Kalor yang dilepas gelas saat ditambahkan es adalah Q_G

Q_G = kalor yang dilepas gelas

Q_G = m_G c_G ΔT_G atau

Q_G = C_GΔT_G

karena temperature gelas sama dengan temperature air, maka

ΔT_G = ΔT_A

Q_G = C_GΔT_A

Q_G = 20x (60 – T)

Q_G = 1200 – 20T

Rumus Kalor Yang Dilepas Air

Kalor yang dilepaskan oleh air Ketika ditambahka es adalah Q_A

Q_A = kalor yang dilepas air

Q_A = m_A c_A ΔT_A

Q_A = (300)(1) (60 – T)

Q_A = 18000 – 300T

Total Kalor Yang Dilepas Air Gelas

Q_lepas= Q_G + Q_A

Q_lepas= 1200 – 20T + 18000 – 300T

Q_lepas= 19200 – 320T

Rumus Kalor Yang Diserap Es

Kalor yang diserap es meliput kalor yang dibutuhkan untuk mencairkan es dan kalor untuk menaikkan temperature sampai temperature keseimbangan terakhir. Kalor yang diserap dapat dirumuskan sebagai berikut:

Q_serap= Q_L+ Q_E

Rumus Kalor Yang Diserap – Kalor Lebur ES

Kalor yang diserap es agar dapat mencair adalah Q_L

Q_L = m_E L_E

Q_L = 60 x 80

Q_L = 4800 kal

Rumus Kalor Yang Diserap Untuk Menaikkan Temperatur Es

Kalor yang diserap Ketika es sudah mencair sampai temperature keseimbangan adalah Q_E

Q_E = m_E c_A ΔT_E

Q_E = 60(1)(T – 0)

Q_E = 60T

Total Kalor Yang Diserap Es

Q_serap= Q_L+ Q_E

Q_serap= 4800 + 60T

Menghitung Temperatur Keseimbangan Akhir Air Gelas dan Es

Temperatur keseimbangan akhir antara air gelas dan es dapat dinyatakan dengan rumus berikut:

Q_lepas= Q_serap

19200 – 320T = 4800 + 60T

380T = 14400

T = 37,89 ⁰C

Jadi temperature keseimbangan akhir yang dicapai oleh Air Gelas dan es adalah 37,89 ⁰C

11). Contoh Soal Perhitungan Asas Black Temperatur Keseimbangan Campuran Air Es

Es bermassa 500 gram dengan temperature -10 ⁰C dimasukan ke dalam mangkuk berisi air yang bertemperatur 20 ⁰C agar air menjadi lebih dingin. Temparatur campuran air dan es adalah 10 ⁰C. Hitung air yang ada dalam mangkuk, jika kalor jenis es 2,1 J/g ⁰C dan kalor jenis air 4,2 J/g ⁰C sedangan kalor lebur es 336 J/g. Asumsi tidak ada kalor yang dilepas atau diserap kelingkungan atau ke mangkuk.

Diketahui.

T_E = -10 ⁰C

T_A = 20 ⁰C

T = 10 ⁰C

M_E = 500 g

c_A = 4,2 J/g ⁰C

c_E = 2,1 J/g ⁰C

L_E = 336 J/g

Menghitung Jumlah Air Dalam Mangkuk

Jumlah air dalam mangkuk dapat dinyatakan dengan Asas Black:

Q_lepas= Q_serap

Menghitung Kalor Yang Dilepas Air

Kalor yang dilepas Q_lepasadalah panas yang dilepas oleh air saat ditambahkan es, dan dinyatakan dengan rumus berikut

Q_lepas= Q_A

Rumus Kalor Yang Dilepas Air

Kalor yang dilepas air saat ditambahkan es adalah Q_A

Q_A = kalor yang dilepas air

Q_A= m_A c_AΔT_A atau

Q_A= m_A (4,2)(20 – 10)

Q_A= 42 m_A

Total Kalor Yang Dilepas Air

Q_lepas= Q_A

Q_lepas= 42 m_A

Menghitung Kalor Yang Diserap Es

Rumus Kalor Yang Diserap Es

Kalor yang diserap es meliput kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan temperature es dari -10 ⁰C ke 0⁰C dan kalor untuk mencairkan es menjadi air serta kalor untuk menaikkan temperature es yang sudah mencair ke temperatur 10⁰C. Kalor yang diserap es dapat dirumuskan sebagai berikut:

Q_serap= Q_E + Q_L + Q_EA

Rumus Kalor Yang Diserap Untuk Menaikkan Temperatur Es

Kalor yang diserap es untuk menaikkan temperature dari -10 0C sampai 0⁰C adalah Q_E

Q_E = m_E c_E ΔT_E

Q_E = 500(2,1)(0 – (-10)

Q_E = 10500 J

Rumus Kalor Yang Diserap – Kalor Lebur ES

Kalor yang diserap es agar dapat mencair adalah Q_L

Q_L= m_E L_E

Q_L = 500 x 336

Q_L = 168000 J

Rumus Kalor Yang Diserap Untuk Menaikkan Temperatur Es Cair

Kalor yang diserap Ketika es sudah mencair sampai temperature campuran 10 ⁰C adalah Q_EA

Q_EA = m_E c_A ΔT_E

Q_EA = 500(4,2)(10 – 0)

Q_EA = 21000 J

Total Kalor Yang Diserap Es

Q_serap= Q_E + Q_L + Q_EA

Q_serap= 10.500 + 168.000 + 21.000

Q_serap= 199.500 J

Menghitung Jumlah Air Sesuai Hukum Kekekalan Energi Asas Black

Jumlah air dalam mangkuk dapat dihitung berdasarkan kekekalan energi asas Black yang dinyatakan seperti berikut:

Q_lepas= Q_serap

42 m_A = 199.500 J

m_A = 4750 gram

jadi jumlah air dalam mang kuk adalah 4750 gram

Daftar Pustaka

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.
Ardra.Biz, Kata Artikel, 2019, “Kalor Jenis dan Kapasitas Kalor Asas Black dengan Pengertian Kalor dan Pengertian Kalor Jenis. Pengertian Kapasitas Kalor dan Rumus Menghitung Kalor Jenis serta Rumus Menghitung Kapasitas Kalor.
Ardra.Biz, Kata Artikel, 2019, “Bunyi Penyataan Azas Black dan contoh soal perhitungan kalor jenis dengan contoh soal perhitungan kapasitas kalor. Hukum kekekalan energi azas Black dengan Rumus Azas Black dan Pengukuran Kalor serta alat ukur kalor.
Ardra.Biz, kata Artikel, 2019, “Kalorimeter dan gambar calorimeter serta cara kerja kalorimeter degan prinsip kerja calorimeter. rumus kekekalan energi panas kalor dengan Kekekalan energi system tertutup pada kalor yang dibutuhkan untuk merubah suhu temperature.
Ardra.Biz, Kata Artikel, 2019, “Pengaruh temperature suhu terhadap kalor yang dilepas diserap dan Contoh Soal Perhitungan Rumus Asas Black. Pengaruh temperature suhu pada kapasitas kalor dan fungsi calorimeter denga bagian bagian calorimeter.

Hukum Pokok Tekanan Hidrostatis: Pengertian Rumus Perhitungan Pipa U Kapal Selam Minyak Air Raksa Contoh Soal Pembahasan 11

Penegertian Tekanan Hidrostatis. Dalam ilmu fisika Tekanan didefinisikan sebagai gaya yang bekerja pada suatu bidang per satuan luas bidang tersebut. Bidang atau permukaan yang dikenai gaya disebut bidang tekan, sedangkan gaya yang diberikan pada bidang tekan disebut gaya tekan.

Rumus Satuan Lambang Tekanan Hidrostatik

Satuan internasional (SI) untuk tekanan adalah pascal (Pa). Nama Satuan ini diambil sesuai dengan nama ilmuwan Prancis, yaitu Blaise Pascal. Sebuah gaya F bekerja secara tegak lurus dan merata pada permukaan sebuah bidang seluas A, maka tekanan pada permukaan itu Secara matematis dapat dinyatakan dalam rumus atau persamaan berikut.

P = F/A

Keterangan:

P : tekanan (N/m² atau Pa)

F : gaya tekan (N)

A : luas bidang tekan (m²)

Hukum Pokok Hidrostatik

Tekanan yang berlaku pada zat cair adalah tekanan hidrostatik, yang besarnya dipengaruhi oleh kedalamannya. Sesuai dengan Hukum Pokok Hidrostatika yang menyatakan bahwa “Titik-titik pada kedalaman yang sama akan memiliki tekanan yang sama pula”. Prinsip tekanan hidrostatik dapat dilihat pada gambar berikut.

Contoh Soal Ujian Pembahasan Hukum Pokok Hidrostatis, — Gambar Hukum Tekanan Hidrostatik

Rumus Hukum Pokok Hidrostatik

Gaya berat fluida dalam tabung yang memiliki luas dasar A, dinyatakan dengan w, dan tekanan permukaan zat cair dinyatakan dengan P_o sehingga tekanan hidrostatiknya dapat ditulis seperti berikut.

P_h⁼P_o + w/A

Dengan w = m g = ρ V g

Volume fluida V adalah A. h

Sehingga w = m g = ρ A h g

dengan demikian

P_h = P_o + (ρ A h g) /A atau

P_h = P_o + (ρ h g)

Dan jika tekanan permukaan zat cair P_odiabaikan atau P_o= 0, maka tekanan hidrostatiknya diformulasikan dengan rumus berikut.

P_h = ρ h g

P_h = tekanan yang dialami zat cair/tekanan hidrostastis (Pa)

ρ = massa jenis zat cair (kg/m³)

g = percepatan gravitasi bumi (m/s²)

h = kedalaman/tinggi titik ukur dari permukaan (m)

Dari persamaannya dapat dikatakan bahwa titik-titik yang berada pada kedalaman yang sama mengalami tekanan hidrostatik yang sama pula. Dan semakin jauh posisi titik dari permukaan zat cair (fluida), maka tekanan hidrostatiknya akan semakin tinggi.

Dengan kata lain, tekanan hidrostatik untuk suatu zat cair tertentu hanya tergantung pada kedalamannya. Misalnya Tekanan hydrostatic yang dialami oleh penyelam di dalam air laut, hanya tergantung pada kedalaman si penyelam di dalam air laut. Semakin dalam, maka tekanan yang diterima semakin besar, dan sebaliknya semakin ke permukaan, maka semakin kecil tekanan hidrostatik yang diterimanya.

1). Contoh Soal Perhitungan Tekanan Hidrostatik.

Seorang penyelam sampai berada pada kedalaman 40 m di bawah permukaan laut. Jika massa jenis air laut 1,0 g/cm³ dan percepatan gravitasi g=10 m/s², maka hitunglah besar tekanan hidrostatis yang dialami penyelam tersebut.

Diketahui :

h = 50 m

ρ = 1,0 g/cm3 = 1.000 kg/m3

g = 10 m/s²

Rumus Menghitung Tekanan Hidrostatik Kedalaman

P_h = ρ g h

P_h = 1.000 x 10 x 50

P_h = 5,0 10⁵ Pa

Jadi, ketika penyelam mencapai kedalaman 50 meter dari permukaan air laut, maka penyelam tersebut mengalami tekanan hidrostatik sebasar 5,0 10⁵Pa.

2). Contoh Soal Perhitungan Tekanan Hidrostatis Bejana

Dalam sebuah bejana diisi air (ρ = 1000 kg/m³). Ketinggian airnya adalah 25 cm. Jika g = 10 m/s²dan tekanan udara 1 atm maka tentukan:

a). tekanan hidrostatis di dasar bejana,

b). tekanan mutlak di dasar bejana.

Diketahui

h = 25 cm

h = 0,25 m

ρ = 1000 kg/m³

P₀ = 1 atm

P₀ = 1,013 x 10⁵ Pa

g = 10 m/s²

Rumus Menghitung Tekanan Hidrostatis Di Dasar Bejana

Besar tekanan hidrostatis pada dasar bejana dapat dinyatakan dengan persamaan Tekanan Hidrostatis berikut:

P_h = ρ g h

P_h = 1000 x10 x 0,25

P_h= 2,5. x 10³ Pa

Jadi Tekanan hidrostatis pada dasar bejana adalah P_h= 2,5. x 10³ Pa

Rumus Menghitung Tekanan Mutlak Pada Dasar Bejana

Besarnya tekanan mutlak atau total pada dasar bejana berisi air dapat dinyatakan dengan menggunakan rumus berikut:

P_T= P_o + P_h

P_T= 1,013 x10⁵ + 0,025. x 10⁵ Pa

P_T= 1,038 x 10⁵ Pa

Jadi tekanan total pada dasar bejana berisi air adalah P_T= 1,038 x 10⁵ Pa

3). Contoh Soal Perhitungan Tekanan Hidrostatis Tabung Isi Raksa Air

Sebuah tabung yang luas penampangnya 20 cm², diisi raksa setinggi 20 cm dan air setinggi 40 cm dari permukaan raksa. Jika massa jenis raksa 13,6 gr/cm³, massa jenis air 1 gr/cm³ dan g = 10 m/s², maka hitunglah:

a). tekanan hidrostatis pada dasar tabung

b). gaya hidrostatis dalam tabung

Contoh Soal Perhitungan Tekanan Hidrostatis Tabung Isi Raksa Air

Diketahui :

A = 20 cm² = 2 x10^-3 m²

h₁ = 20 cm = 0,2 m

h₂ = 40 cm = 0,4 m

ρ₁ = 13,6 gr/m³

ρ₁ = 13600 kg/m³

ρ₂ = 1 gr/cm³

ρ₂ = 1000 kg/m³

Rumus Menghitung Tekanan Hidrostatis Air Raksa Pada Dasar Tabung Silinder

Besar tekanan hidrostatis air raksa pada dasar tabung silinder dapat dinyatakan dengan rumus berikut:

P_h = P₁ + P₂

Tekanan Hidrostatis Raksa

P₁ = ρ₁ h₁ g

P₁= 13600 x 0,2 x 10

P₁ = 27200 Pa atau

P₁ = 27200 N/m²

Tekanan Hidrostatis Air

P₂ = ρ₂.h₂.g

P₂ = 1000 x 0,4 x 10

P₂ = 4000 Pa atau

P₂ = 4000 N/m²

Tekanan Hidrostatis Pada Dasar Tabung

P_h = P₁ + P₂

P_h= 27200 + 4000

P_h = 31200 Pa atau

P_h = 3,12 x 10⁴ N/m²

Jadi tekanan hidrostatis pada dasar tabung adalah 31,2 kPa

Menghitung Gaya Hidrostatis Raksa Air Pada Tabung

Besar gaya hidrostatis yang disebabkan oleh air dan raksa dapat dinyatakan dengan rumus berikut

F_h = P_h A

F_h = (31200) x (2 x 10^-3)

F_h = 62,4 N

Jadi besarnya Gaya hidrotatis pada tabung yang diakibatkan oleh tekanan raksa dan air adalah 62,4 N

4). Contoh Soal Perhitungan Tekanan Hisrostatis Air Danau

Suatu danau memiliki kedalaman 30 m. Diketahui massa jenis air danau 1 g/cm³, percepatan gravitasi g = 10 m/s², dan tekanan di atas permukaan air sebesar 1 atm. Hitunglah tekanan hidrostatika dan tekanan total di kedalaman tersebut!

Diketahui :

h = 30 m

ρ = 1 g/cm³

ρ = 1.000 kg/m³

g = 10 m/s²

P₀ = 1 atm

P₀ = 1,013 × 10⁵ N/m²

Rumus Menentukan Tekanan Hidrostatis Di Dasar Danau

Tekanan hidrosatik pada dasar Danau dapat dinyatakan dengan menggunakan persamaan rumus berikut:

P_h = ρ h g

P_h = (1000)(30)(10)

P_h = 3 x10⁵ N/m²

jadi tekanan hidrostatis pada dasar danau adalah 3 x10⁵ N/m²

Rumus Tekanan Total Pada Dasar Danau

Tekanan total di dasar danau dapat dihitung dengan menggunakan rumus Tekanan Hidrostatis seperti berikut

P_T= P_o + P_h

P_T = (1,013 × 10⁵) + (3 x10⁵)

P_T= 4,013 x 10⁵ N/m²

Jadi tekanan total pada dasar danau adalah 4,013 x 10⁵ N/m²

5). Contoh Soal Perhitungan Tekanan Hidrostatis Kapal Selam Bawah Laut

Bila tekanan di permukaan laut adalah 1 atm, Htiung tekanan yang dialami sebuah kapal selam saat berada di kedalaman 200 m di bawah permukaan laut. Jika massa jenis air laut ρ = 10³ kg/m³

Contoh Soal Rumus Satuan Perhitungan Tekanan Hidrostatis Kapal Selam Bawah Laut — Contoh Soal Rumus Perhitungan Tekanan Hidrostatis Kapal Selam Bawah Laut

Diketahui :

ρ = 1 x 10³ kg/m³

P_o = 1 atm atau

P_o = 1,013 x 10⁵ Pa atau

P_o = 1,013 x 10⁵ N/m²

h = 200 m

g = 9,8 m/s²

Rumus Menghitung Tekanan Hidrostatis Kapal Selam Bawah Laut

Besar tekanan hidrostatis yang dialami kapal selam di bawah permukaan laut dapat dinyatakan dengan persamaan tekanan Hidrostatis seperti berikut:

P_h = ρ h g

P_h = 10³ x 200 x 9,8

P_h = 1,960 x 10⁶ N/m²

Rumus Menghitung Tekanan Total Kapal Selam Bawah Laut

Besar tekanan total yang dialami kapal selam di bawah permukaan laut dapat dinyatakan dengan persamaan rumus seperti berikut:

P_T= P_o + P_h

P_T = 0,1013 x 10⁶+ 1,960 x 10⁶

P_T = 2,061 10⁶ N/m²

Jadi tekanan total yang dialami kapal selam adalah 2,061 10⁶ N/m²

6). Contoh Soal Perhitungan Tekanan Hidrostatis Ikan Dalam Air Kolam.

Seekor ikan berada pada kedalaman 2 m dari permukaan air sebuah kolam. Jika massa jenis air 1.000 kg/m³ dan percepatan gravitasi 10 m/s², tentukan:

a). tekanan hidrostatik yang dialami ikan,

b). tekanan total yang dialami ikan!

Diketahui:

h = 2 m

ρ = 1.000 kg/m³

g = 10 m/s²

P₀ = 1 atm

P₀= 1,013 x 10⁵ N/m²

Rumus Cara Menghitung Tekanan Hidrostatis Ikan Dalam Kolam

Besar tekanan yang dialami oleh ikan Ketika berada dalam air kolam dapat dirumuskan dengan persamaan berikut:

P_h = ρ g h

P_h = 1.000 x 10 x 2

P_h = 2 x 10⁴ Pa atau

P_h = 2 x 10⁴ N/m²

Rumus Menghitung Tekanan Total Ikan Dalam Air Kolam

Besar tekanan total yang dialami ikan dalam kolam adalah

P_T = P₀ + ρ g h

P_T = (1,013 x 10⁵) + (0,2 x 10⁵)

P_T= 1,213 x 10⁵ N/m²

Jadi tekanan total yang dialami oleh ikan dalam air kolam adalah 1,213 x 10⁵ N/m²

7). Contoh Soal Perhitungan Hukum Pokok Hidrostatis Pipa U

Perhatikan pipa U pada gambar. Pipa sebelah kiri berisi minyak yang belum diketahui kerapatannya, di sebelah kanan berisi air dengan kerapatan 1000 kg/m³. Ketinggian minyak dari batas antar minyak air (titik A) adalah 10 cm, sedangkan ketinggian air dari batas antara minyak air (titik B) adalah 8 cm. Hitung berapa kerapatan atau massa jenis minyak

Contoh Soal Pembahasan Rumus Perhitungan Hukum Pokok Hidrostatis Pipa U Massa Jenis Minyak — Contoh Soal Perhitungan Hukum Pokok Hidrostatis Pipa U Massa Jenis Minyak

Diketahui:

ρ_a = kerapatan / massa jenis air

ρ_a = 1000 kg/m³

h_a = tinggi air dari batas pemukaan (air – minyak ) titik B atau selisih tinggi air antara pipa Kanan dan kiri

h_a = 8 cm atau

h_A = 0,08 m

h_m = tinggi minyak dari batas permukaan (air – minyak) titik A

h_m = 10 cm atau

h_m = 0,1 m

Rumus Menghitung Massa Jenis Minyak Pada Pipa U

Nilai massa jenis minyak pada pipa U dapat dinyatakan dengan rumus Hukum Pokok Hidrostatis seperti berikut:

P_a = P_m

Tekanan di sebelah kiri pipa disebabkan karena tekanan atmosfer dan berat minyak. Tekanan di sebelah kanan pipa adalah karena berat air dan tekanan atmosfer.

Tekanan hidrostatis yang ditimbulkan oleh minyak pada ketinggian permukaan di titik A dan tekanan hidrostatis oleh air pada titik B adalah sama.

ρ_a h_a g = ρ_m h_m g

ρ_m = (ρ_a h_a)/h_m

ρ_m = (1000 x 0,08)/(0,1)

ρ_m = 800 kg/m³

Jadi massa jenis minyak dalam pipa U adalah 800 kg/m³

8). Contoh Soal Perhitungan Tinggi Air Minyak Pipa U Pada Hukum Pokok Hidrostatis

Sebuah pipa U seperti tampak pada gambar. Pipa berisi tiga zat cair. Cairan raksa berada pada bagian bawah. Air berada pada pipa kiri dan di atas raksa dan minyak di sebelah kanan dan di atas raksa juga. Batas terendah air dan minyak adalah sama yaitu pada bidang atau garis horizontal A–B.

Jika diketahui massa jenis minyak 0,8 g/cm³, massa jenis raksa 13,6 g/cm³, dan massa jenis air 1 g/cm³. Tentukanlah perbedaan tinggi permukaan antara minyak dan air.

Contoh Soal Pembahasan Perhitungan Tinggi Air Minyak Raksa Pipa U Pada Hukum Pokok Hidrostatis — Contoh Soal Perhitungan Tinggi Air Minyak Pipa U Pada Hukum Pokok Hidrostatis

Diketahui:

ρ_a = kerapatan / massa jenis air

ρ_a = 1000 kg/m³

ρ_m = kerapatan / massa jenis minyak

ρ_m = 800 kg/m³

ρ_r = kerapatan / massa jenis raksa

ρ_r = 13600 kg/m³

h_m = tinggi minyak dari batas permukaan (air – minyak) titik B

h_m = 10 cm atau

h_m = 0,1 m

Rumus Menentukan Ketinggian Air Pipa U Hukum Pokok Hidrostatis

Ketinggian air pada pipa U dapat dinyatakan dengan menggunakan persamaan hukum Pokok Hidrostatis seperti berikut:

P_a = P_m

Karan batas terendah minyak dan air sama yaitu pada bidang/ garis datar A–B, maka Tekanan hidrostatis oleh air dan minyak pada permukaan raksa adalah sama.

ρ_a h_a g = ρ_m h_m g

h_a = (ρ_m h_m )/ρ_a

h_a = (800 x 10)/(1000)

h_a = 8 cm

Selisih Tinggi Raksa dan Air Pipa U Hukum Pokok Hidrostatis

Δh = 10 – 8

Δh = 2 cm

Jadi selisih ketinggian raksa dan air pada pipa U adalah 2 cm.

9). Contoh Soal Hukum Pokok Hidrostatis Perhitungan Tinggi Pipa U Bensin Minyak Air.

Sebuah pipa berbentuk huruf U diisi air yang bermassa jenis 1000 kg/m³. Pipa sebelah kiri diisi oleh bensin bermassa jenis 700 kg/m³ setinggi 5 cm. Pipa sebelah kanan diisi minyak tanah bermassa 800 kg/m³ setinggi 10cm.

Posisi tinggi air pada pipa kiri dan kanan dapat dilihat pada gambar. Hitunglah perbedaan tinggi air pada pipa kiri dan kanan yaitu h_a

Contoh Soal Hukum Pokok Hidrostatis Perhitungan Tinggi Pipa U Bensin Minyak Air.

Diketahui:

ρ_a = kerapatan / massa jenis air

ρ_a = 1000 kg/m³

ρ_m = kerapatan / massa jenis minyak tanah

ρ_m = 800 kg/m³

ρ_b = kerapatan / massa jenis bensin

ρ_b= 700 kg/m³

h_m = tinggi minyak dari batas permukaan (air – minyak) titik B

h_m = 10 cm atau

h_m = 0,1 m

h_b = tinggi bensin dari batas permukaan (bensin – air)

h_b = 0,05 cm

Rumus menghitung Perbedaan Tinggi Air Pipa U Hukum Pokok Hidrostatis

Selisih tinggi air pada pipa kanan dan pipa kiri dapat dinyatakan dengan menggunakan rumus dari Hukum Pokok Hidrostatis berikut:

Tekanan hidrostatis pada bidang/ titik A dan B adalah sama dan dapat dirumuskan seperti berikut.

P_A = P_B

Besar tekanan hidrostatis pada bidang/ titik A adalah

P_A = P_a + P_b

P_A = ρ_a h_a g + ρ_b h_bg

Besar tekanan hidrostatis pada bidang / titik B adalah

P_B = ρ_m h_mg sehingga

ρ_a h_a g + ρ_b h_bg = ρ_m h_mg atau

ρ_a h_a+ ρ_b h_b = ρ_m h_m

h_a= (ρ_m h_m – ρ_b h_b)/ρ_a

Substitusikan semua variabel ke persamaan sehingga diperoleh seperti berikut:

h_a= [(800 x 0,1) – (700 x 0,05)]/1000

h_a= 0,045 m

h_a= 4,5 cm

Jadi, perbedaan tinggi air pada pipa kiri dan kanan adalah 4,5 cm

10). Contoh Soal Perhitungan Selisih Tekanan Hidrostatis Dua Ikan Akuarium

Dalam akuarium terdapat dua ekor ikan dengan posisi seperti pada gambar. Massa jenis air 1 g/cm³ dan g = 10 m/s². Hitung selisih tekanan hidrostatis antara kedua ikan tersebut

Diketahui:

h₁ = 40 cm atau

h₁ = 0,40 m

h₂ = 20 cm atau

h₂ = 0,20 m

ρ = 1 g/cm³ atau

ρ = 1000 kg/m³

Menghitung Selisih Tekanan Hidrostatis Dua Ikan Akuarium

Selisih atau perbedaan tekanan kedua ikan dalam akuarium dapat dinyatakan dengan rumus berikut:

ΔP = P₁ – P₂

ΔP = ρ g h₁ – ρ g h₂

ΔP = ρ g (h₁ – h₂)

ΔP = 1000 x 10 (0,4 – 0,2)

ΔP = 2000 N/m²

Jadi selisih tekanan hidrostatis antara kedua ikan adalah 2000 N/m²

11). Contoh Soal Perhitungan Tekanan Hidrostatis Dua Ikan Akuarium

Dua ikan dalam akuarium memiliki jarak 25 cm seperti ditunjukkan pada gambar. Massa jenis air 1 g/cm³ dan g = 10 m/s². Hitung selisih tekanan hidrostatis antara kedua ikan tersebut

Contoh Soal Rumus Cara Perhitungan Tekanan Hidrostatis Dua Ikan Akuarium

Diketahui:

ρ = 1 g/cm³ atau

ρ = 1000 kg/m³

Δh = 25 cm atau

Δh = 0,25 m

g = 10 m/s²

Rumus Perhitungan Beda Tekanan Hidrostatis Dua Ikan Akuarium

Selisih tekanan hidrostatis antara dua ikan dalam akuarium dapat dihitung dengan rumus berikut:

ΔP = P₁ – P₂

ΔP = ρ g h₁ – ρ g h₂

ΔP = ρ g (h₁ – h₂)

ΔP = ρ g (Δh)

ΔP = 1000x 10 x 0,25

ΔP = 2500 N/m²

Jadi selisih tekanan hidrostatis antara kedua ikan dalam akuariun adalah 2500 N/m²

Daftar Pustaka:

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.

Tegangan Permukaan Gejala Kapilaritas: Pengertian Rumus Pipa Kapiler Kawat U Kohesi Adhesi Contoh Perhitungan Zat Cair 7

Pengertian Tegangan Permukaan. Tegangan permukaan suatu zat cair didefinisikan sebagai gaya tiap satuan panjang. Jika pada suatu permukaan sepanjang l bekerja gaya sebesar F yang arahnya tegak lurus pada l, dan γ menyatakan tegangan permukaan, maka besarnya tegangan yang bekerja pada permukaan zat cair dapat diformulasikan dengan persamaan sebagai berikut.

γ =F/l

Keterangan:

F = gaya (N)

l= panjang permukaan (m)

γ = tegangan permukaan (N/m)

Prinsip Pengukuran Tegangan Permukaan Zat Cair

Besarnya tegangan permukaan yang bekerja pada zat cair dapat ditentukan dengan menggunakan sebuah kawat yang dibentuk seperti hurup U. Selanjutnya, seutas kawat lurus dipasang sehingga dapat bergerak pada kaki kaki kawat U tersebut.

Prinsip Penentuan Tegangan Permukaan Zat Cair.

Selanjutnya kawat dicelupkan ke dalam air mengandung sabun dan ditarik keluar, kawat lurus akan cenderung tertarik ke atas.

Jika berat w₁ tidak terlalu besar, maka keadaan tersebut dapat diseimbangkan dengan menambah beban w₂. Dalam keadaan setimbang dan temperature tetap, kawat lurus dapat digeser tanpa mengubah keseimbangannya.

Pada keadaan setimbang ini, gaya permukaan air sabun sama dengan gaya berat kawat lurus ditambah dengan berat beban.

F = w₁ + w₂

Rumus Tegangan Permukaan

Karena lapisan air sabun memiliki dua permukaan, maka gaya permukaan berkerja sepanjang 2l, sehingga tegangan permukaan zat cair dapat diformulasikan dengan rumus berikut.

γ =F/2l

Tegangan permukaan suatu zat cair berhubungan dengan garis gaya tegang yang dimiliki permukaan zat cair tersebut. Gaya tegang ini berasal dari gaya Tarik antar molekul-molekul zat cair.

Pengertian Gaya Kohesi

Gaya tarik-menarik antara partikel-partikel yang sejenis disebut kohesi,

Pengertian Gaya Adhesi

Sedangkan gaya tarik-menarik antara partikel-partikel yang tidak sejenis disebut adhesi.

Gaya Tarik Menarik Antara Partikek Dalam Zat Cair.

Molekul A yang berad di dalam zat cair mengalami gaya kohesi dengan molekul- molekul di sekitarnya dari berbagai arah, dengan demikian molekul A tersebut berada pada keseimbangan atau resultan gayanya sama dengan nol.

Sedangkan molekul B yang berada di permukaan zat cair tidak mengalami hal yang berbeda. Molekul B ini mengalami kohesi dari partikel di bawah dan di sampingnya saja. Resultan gaya kohesi pada molekul ini ke arah bawah tidak sama dengan nol.

Resultan gaya ke bawah akan membuat permukaan zat cair sekecil-kecilnya. Akibatnya, permukaan zat cair menegang seperti selaput yang tipis. Keadaan ini dinamakan tegangan permukaan.

Contoh Tegangan Permukaan Zat Cair.

Gejala- gejala yang dapat menunjukkan tegangan permukaan zat cair diantaranya adalah, air yang keluar dari pipet berupa tetesan berbentuk bulat- bulat atau pisau silet yang dpat mengpung di atas permukaan air (diletakkan di permukaan air secara hati-hati), serangga air yang dapat berjalan di permukaan air, kenaikan batas air pada pipa kapiler dan terbentuknya buih dan gelembung padad air sabun.

Pengertian Gejala Kapilaritas.

Kapilaritas adalah peristiwa naik turunnya zat cair di dalam pipa kapiler (pipa sempit). Pada zat cair yang mengalami meniskus cekung, tegangan permukaan menarik pipa ke arah bawah karena tidak seimbang oleh gaya tegangan permukaan yang lain.

Sesuai dengan hukum III Newton tentang aksi reaksi, pipa akan melakukan gaya yang sama besar pada zat cair, tetapi dalam arah berlawanan. Gaya inilah yang menyebabkan zat cair naik. Zat cair berhenti naik ketika berat kolom zat cair yang naik sama dengan gaya ke atas yang dikerjakan pada zat cair (w = F).

Rumus Gejala Kapilaritas

Jika massa jenis zat cair adalah ρ, tegangan permukaan γ, sudut kontak θ, kenaikan zat cair setinggi h, dan jari-jari pipa kapiler adalah R, maka berat zat cair yang naik adalah:

w = m g = ρ V g = ρ π R² h g.

Komponen gaya vertikal yang menarik zat cair sehingga naik setinggi h adalah

F = (γ cos θ)(2πR) = 2πR g cosθ.

Jika nilai F disubstitusi oleh w = ρ π R² h g, maka persamaannya menjadi seperti berikut.

Jadi jika w = F, maka

ρ π R² h g = 2πR g cosθ

Tinggi h dapat dihitung dengan formulasi persamaan berikut

h = (2 γ cosθ)/( ρ g R)

Keterangan:

h = kenaikan/penurunan zat cair dalam pipa (m)

γ = tegangan permukaan N/m

θ = sudut kontak (derajat)

ρ = massa jenis zat cair (hg/m³)

R = jari-jari pipa (m)

1). Contoh Soal Perhitungan Gejala Kapilaritas Pada Pipa Kapiler.

Sebuah pipa kapiler dengan jari jari 1mm dimasukan ke dalam air secara vertical. Air memiliki massa jenis 1 g/cm² dan tegangan permukaan 1 N/m. Jika sudut kontaknya 60^o dan percepatan gravitasi g = 10 m/s², maka hitunglah besarnya kenaikan permukaan air pada diding pipa kapiler tersebut.

Diketahui:

R = 1mm = 1 x 10^-3 m

ρ = 1 g/cm³ = 100 kg/m³

γ = 1 N/m

θ= 60⁰

g = 10 m/s²

ditanyakan h = …?

Jawab.

h = (2 γ cosθ)/( ρ g R)

h = (2 x cos 60)/(1000 x-10 x 10-3)

h = 1/10= 0,1 m = 10 cm

Jadi, permukaan air pada pipa kapiler naik setinggi 10 cm.

2). Contoh Soal Perhitungan Ketinggian Air Pada Pipa Kapiler

Berapa tinggi air yang naik dalam pipa kapiler yang jari-jarinya 0,3 mm jika sudut kontaknya nol. Tegangan permukaan air γ adalah 0,073. Penyesuaian :

Diketahui :

r = 0,3 mm = 3 x 10^-4 m

ρ =1.000 kg/m³

g = 10 m/s²

θ = 0⁰

Rumus Menghitung Ketinggian Air Pada Pipa Kapiler

Tinggi air yang naik pada gejala kapilaritas dalam pipa dapat dinyatakan dengan rumus berikut:

h = (2 γ cosθ)/( ρ g r)

h = (2 x 0,073 x cos 0)/(1000 x 10 x 3 x 10^-4)

h = 4,87 cm

Jadi, tinggi air dalam pipa kapiler adalah 4,87 cm

3). Soal Gejala Kapilaritas Perhitungan Tinggi Air Raksa Pada Tabung

Suatu tabung berdiameter 0,4 cm jika dimasukkan secara vertikal ke dalam air raksa, terbentuk sudut kontaknya 120°. Jika tegangan permukaan air raksa 0,44 N/m dan g = 10 m/s², tentukanlah penurunan air raksa pada tabung tersebut

Diketahui:

r = 0,2 cm = 2 x 10^-3 m

γ = 0,44 N/m

ρ =13.600 kg/m³

g = 10 m/s²

θ = 120⁰

Rumus Gejala Kapilaritas Menentukan Tinggi Air Raksa Tabung

Penurunan air raksa dalam tabung Ketika tabung dimasukkan ke dalam air raksa secara vertical dapat dirumuskan sebagai berikut:

h = (2 γ cosθ)/( ρ g r)

h = (2 x 0,44 x cos 120)/(13600 x 10 x 2 x 10^-3)

h = – 1,617 x 10^-3 m atau

h = – 1,62 mm

Jadi, penurunan air raksa dalam tabung adalah 1,62 mm

4). Contoh Soal Gejala Kapilaritas Menghitung Massa Jenis Minyak

Pipa kapiler yang berjari-jari 2 mm dimasukkan tegak lurus ke dalam minyak yang memiliki tegangan permukaan 0,023 N/m. Ternyata permukaan Minyak dalam pipa naik 1,44 mm. Jika sudut kontak minyak 60⁰ dan g =10 m/s², hitunglah massa jenis minyak tersebut!:

Diketahui:

r = 2 mm = 2 x 10^-3 m

θ = 60⁰

γ = 0,023 N/m

g = 10 m/s²

h = 1,44 mm = 1,44 x 10^-3 m

Rumus Perhitungan Gejala Kapilaritas Massa Jenis Minyak

Massa jenis minyak dalam pipa kapiler dapat dinyatakan dengan menggunakan rumus berikut:

h = (2 γ cosθ)/( ρ g r) atau

ρ = (2 γ cosθ)/( h g r)

ρ = (2 x 0,023 x cos 60)/(1,44 x 10^-3 x 10 x 2 x 10^-3)

ρ = 799 kg/m³

Jadi Massa jenis minyak adalah 799 kg/m³

5). Soal Gejala Kapilaritas Perhitungan Tegangan Permukaan Zat Cair

Suatu tabung berdiameter 2 mm dimasukkan secara vertikal ke dalam zat cair bermasa jenis 13600 kg/m³ dan membentuk sudut kontak sebesar 120°. Jika penurunan zat cair dalam tabung 3,3 mm dan g = 10 m/s², tentukanlah tegangan permukaan zat cair tersebut

Diketahui:

r = 1 mm = 1x 10^-3 m

h = 3,3 mm = 3,3 x 10^-3 m

γ = 0,44 N/m

ρ =13.600 kg/m³

g = 10 m/s²

θ = 120⁰

Rumus Gejala Kapilaritas Menentukan Tegangan Permukaan Zat Cair Tabung

Tegangan Permukaan zat cair dalam tabung Ketika tabung dimasukkan ke dalam zat cair secara vertical dapat dirumuskan sebagai berikut:

h = (2 γ cosθ)/( ρ g r) atau

γ = (h ρ g r)/ (2 cos θ)

γ = (3,3 x 10^-3 x 13600 x 10 x 10^-3)/(2 x cos60)

γ = 0,449 N/m

Jadi, tegangan permuakaan zat cair adalah 0,449 N/m

6). Contoh Soal Perhitungan Tegangan Permukaan Zat Cair

Suatu kawat berbentuk U (terbalik) ditutup dengan kawat AB yang dapat bergerak bebas. Kemudian kawat U dimasukkan ke dalam larutan sabun. Kawat diangkat dari larutan sabun dan kawat setimbang setelah digantungkan beban seberat 2 x 10^-3 N.

Panjang kawat AB = 34 mm dan berat kawat AB = 15 x 10^-3 N, berapakah besar tegangan permukaan lapisan sabun tersebut

Tegangan Permukaan Gejala Kapilaritas: Pengertian Rumus Pipa Kapiler Kawat U Contoh Perhitungan Zat Cair Gaya Kohesi Adhesi, — Contoh Soal Perhitungan Tegangan Permukaan Zat Cair Kawat U

Diketahui:

W_AB = berat kawat AB

W_AB = 15 x 10^-3 N

l_AB = 34 mm = 0,034 m

Wb = berat beban b

Wb = 2 x 10^-3 N = 2 x10^-3 N

Rumus Menghitung Tegangan Permukaan Zat Cair

Menghitung Tegangan permukaan lapisan sabun pada kawat U dapat dinyatakan dengan persamaan berikut:

γ = F /2l

F = W_AB+ Wb

F= 15 x 10^-3 + 2 x10^-3

F = 17 x 10^-3N

γ = 17 x 10^-3/(2 x 0,034)

γ = 0,25 N/m

Jadi tegangan permukaan zat cair adalah 0,25 N/m

7). Contoh Soal Perhitungan Peristiwa Tegangan Permukaan Kawat U

Pada peristiwa tegangan permukaan pada kawat U, diketahui total gaya yang bekerja pada permukaan lapisan zat cair adalah 5 N, jika panjang penampang 25 cm, maka tentukan besar tegangan permukaannya

Diketahui:

l = 25 cm = 0,25 m

F = 4 N

Rumus Menghitung Tegangan Pemukaan Pada Kawat U

Besar tegangan permukaan zat cair dapat dirumuskan seperti berikut:

γ = F /2l

γ = 5/( 2 x 0,25)

γ = 10 N/m

Jadi Tegangan permukaan zat cair adalah 10 N/m

Daftar Pustaka:

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 Archimedes: Pengertian Gaya Terapung Melayang Tenggelam Hidrometer Kapal Laut Selam Contoh Soal Rumus Perhitungan 12

Pengertian Hukum Archimedes: Hukum Archimedes menyatakan “bahwa Sebuah benda yang tenggelam seluruhnya ataupun sebagian dalam suatu fluida, benda itu akan mendapat gaya apung atau Buoyant Force sebesar berat fluida yang dipindahkan”.

Hukum Archimedes mempelajari tentang gaya dorong ke atas (biasa disebut gaya apung) atau Buoyant Force yang dialami oleh benda apabila berada dalam fluida. Benda- benda yang dimasukkan ke dalam fluida seakan akan mempunyai berat yang lebih kecil dibandingkan saat berada di luar fluida.

Efek yang terasa ketika memindahkan benda di dalam air akan terasa lebih ringan jika dibandingkan dengan memindahkan benda yang sama namun tidak di dalam air (di udara atau darat). Hal ini disebabkan karena adanya tekanan air yang mendorong benda.

Suatu benda yang dicelupkan sebagian atau seluruhnya ke dalam zat cair mengalami gaya apung atau Buoyant Force yang besarnya sama dengan berat zat cair yang dipindahkan oleh benda tersebut. Gaya apung yang bekerja pada benda tersebut adalah gaya apung atau gaya angkat atau gaya buonyant force atau gaya Archimedes.

Rumus Hukum Archimedes

Secara matematis Hukum Archimedes dapat diformulasikan dengan rumus sebagai berikut.

F_A = ρ_c V_cg dengan:

F_A = gaya ke atas atau apung (N),

ρ_c= massa jenis fluida (kg/m³),

V_c = volume fluida yang dipindahkan (m³), Volume Benda yang tercelup/ terendam,

g = percepatan gravitasi (m/s³).

Dengan adanya gaya ke atas Buoyant Force yaitu gaya apung atau gaya Archimedes pada suatu benda yang masuk ke dalam zat cair, akan menyebabkan benda tersebut dapat mengapung, melayang atau tenggelam.

Hukum Archimedes Benda Terapung Dalam Air

Terapung adalah keadaan seluruh benda tepat berada si atas permukaan zat cair atau hanya sebagian kecil berada di bawah permukaan zar cair. Benda akan terapung ketika massa jenis benda lebiih kecil dari pada massa jenis zat cair ( ρb < ρc),

Dengan demikian berat benda juga lebih kecil daripada gaya Archimedes (w_b_<F_A). Contoh peristiwa terapaung adalah ketika gabus datau kaya diletakan ditaruh dalam air.

Rumus Hukum Archimedes Benda Terapung Dalam Air

Terapung terjadi jika w_b_<F_A

Sedangkan W_b = ρb g Vb

Dan F_A = ρcg V_csehingga

w_b_<F_A

ρb g Vb < ρcg V_c

Karena V_b < V_c, maka

ρb < ρc

Hukum Archimedes Benda Melayang Dalam Air

Melayang adalah keadaan benda yang berada di antara permukaan dan dasar dari zat cair. Benda dapat melayang ketika benda tersebut memiki massa jenis sama dengan massa jenis zat cair (ρb = ρc).

Hal ini menyebabkan berat benda sama dengan gaya Archimedes (w_b =F_A). Ini artinya berat benda dalam zat cair sama dengan Nol. Contoh peristiwa banda melayang adalah ikan di dalam air.

Rumus Hukum Archimedes Benda Melayang Dalam Air

Melayang terjadi jika w_b₌F_A

Sedangkan W_b = ρb g V_b

Dan F_A = ρcg V_csehingga

w_b₌F_A

ρb g Vb = ρc g Vc

Karena V_b = V_c, maka

ρb = ρc

Hukum Archimedes Benda Tenggelam Dalam Air

Tenggelam adalah peristiwa dimana benda jika berada dalam zat cair akan turun sampai pada dasar zat cair. Benda akan tenggelam jika massa jenis benda lebih besar dari pada massa jenis zat cair (ρb> ρc),

Dengan demikian berat benda lebih besar dari gaya Archimedes atau w_b_>F_A. Contoh peristiwa benda tenggelam adalah batu yang dimasukan ke dalam air.

Rumus Hukum Archimedes Benda Tenggelam Dalam Air

Tenggelam terjadi jika w_b_>F_A

Sedangkan W_b = ρb g V_b

Dan F_A =ρc g V_csehingga

w_b_>F_A

ρbg V_b> ρcg V_c

Karena V_b = V_c, maka

ρb> ρc

1). Conton Soal Perhitungan Hukum Archimedes Menentukan Gaya Apung

Sebuah benda memiliki berat 30 N Jika ditimbang di udara. Jika benda tersebut ditimbang di dalam air beratnya = 21 N. Jika massa jenis air adalah 1 g/cm3, tentukanlah:

gaya ke atas Buoyant Force yang diterima benda,
volume benda, dan
massa jenis benda tersebut.

Jawab

Prinsip Archimedes, Gaya Apung Gaya Archimedes, Buoyant Force

Diketahui:

W_b = 30 N,

w_bf = berat benda dalam air

w_bf = 21 N, dan

ρ_c = 1 g/cm³ = 1000kg/m³

m = w g = (30 N)/(10m/s²)

m = 3kg massa benda ditimbang di udara.

Rumus Menghitung Gaya Archimedes Buoyant Force Benda Dalam Air

Gaya Archimedes yang dialami oleh benda dalam air dapat dihitung dengan rumus berikut:

w_bf = w_b – F_A

21N = 30 N – F_A

F_A = 9 N

Rumus Menentukan Volume Benda Yang Tenggelam Dalam Air

Volume benda yang tenggelam dapat dinyatakan dengan rumus berikut:

F_A= ρ_cV_b g

9N = (1000 kg/m³) (V_b ) (10 m/s²)

V_b= 9 x 10^-4m³

Rumus Cara Mencari Massa Jenis Benda Dalam Air

Massa jenis benda yang berada dalam air dapat dihitung dengan rumus seperti berikut:

ρb= m/V = (3kg)/(9 x 10^-4 m³)

ρb = 3,333 kg/m³

Contoh Contoh Soal Lainnya Dan Pembahasan di Akhir Artikel

Contoh Penerapan Penggunaan atau Aplikasi Hukum Archimedes

Penerapan Hukum Archimedes Pada Hidrometer.

Hidrometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur massa jenis cairan. Nilai massa jenis dapat dilihat pada skala yang terdapat pada hidrometer.

Prinsip dan Cara Kerja Hidrometer

Prinsip kerjanya menggunakan Hukum Archimedes, yang menyatakan bahwa benda yang tercelup ke dalam fluida mengalami gaya ke atas sesuai berat fluida yang dipindahkan.

Hidrometer akan mengapung bila dimasukkan pada suatu cairan. Banyaknya bagian yang mengapung tergantung pada massa jenis cairan.

Cara kerjanya hydrometer adalah ketika hidrometer dicelupkan ke dalam fluida, maka fluida akan memberikan gaya ke atas yang besarnya sama dengan berat hydrometer.

Gaya ke atas kemudian dikonversikan menjadi massa jenis zat cair. Di dalam hidrometer terdapat zat cair yang massa jenisnya sudah diketahui dan tertuang dalam skala yang tertera pada hidrometer.

Penerapan Hukum Archimedes Pada Kapal Laut

Kapal laut terbuat dari besi dan baja yang memiliki massa jenis yang tinggi, lebih tinggi dari massa jenis air laut, namun demikian kapal laut tidak tenggelam. Kapal dibuat berbentuk sedemikan sehingga memiliki volume yang besar.

Bagian dalam kapal memiliki rongga sehingga tidak menyumbang massa tetapi memperbesar volume. Jadi, kerapatan kapal lebih kecil daripada kerapatan air laut. Disini seakan – akan massa jenis kapal laut lebih rendah dari massa air laut.

Penerapan Hukum Archimedes Kapal Selam

Kapal selam dapat mengapung tetapi juga dapat tenggelam. Kapal selam memiliki tangki-tangki pemberat di antara lambung sebelah dalam dan lambung sebelah luar. Kapal selam dapat mengubah kerapatannya dengan cara mengisi atau membuang air dalam tangki pemberat.

Saat kapal akan terapung ketika tangki dikosongkan. Agar kapal dapat tenggelam maka kapal diperberat dengan cara memasukkan air laut ke dalam tangki pemberat.

Agar kapal dapat melayang dalam air maka berat kapal harus sama dengan gaya apung pada kapal.

Apabila kapal diinginkan terapung kembali maka air laut yang berada ditangki pemberat dikeluarkan sehingga kapal menjadi lebih ringan dan dapat naik ke atas.

2). Contoh Soal Menentukan Gaya Apung Hukum Archimedes

Sebuah logam bervolume 0,1 m³ tercelup seluruhnya di dalam air. Jika massa jenis air 1 x10³ kg/m³, maka hitunglah gaya ke atas Buoyant Force yang dialami logam tersebut!

Diketahui:

V = 0,1 m³

ρ = 1000 kg/m³

g = 10 m/s²

Rumus Menghitung Gaya Apung Logam Dalam Air

Besar gaya apung atau gaya Archimedes yang dialami oleh logam dalam air dapat diyatakan dengan persamaan berikut:

Fa = ρ x V x g

Fa = 1000 × 10 × 0,1

Fa = 1000 N

Jadi, gaya apung Archimedes yang di alami logam adalah sebesar 1000 N.

3). Contoh Soal Perhitungan Hukum Arcimedes Volume Balok Es Terapung

Sebuah balok es bermassa jenis 920 kg/m³ mengapung di atas air bermassa jenis 1000 kg/m³. Hitung berapa bagian es yang tidak tercelup dalam air

Diketahui:

ρ_a = 1000 kg/m³

ρ_e = 920 kg/m³

Rumus Mencari Volume Balok Es Yang Tidak Tercelup Dalam Air

Besarnya volume es yang terapung (tidak tenggelam) dapat ditentukan dengan menggunakan rumus berikut:

F_apung= F_berat

Fa = ρ_a x V_a x g

F_b = ρ_ex V_ex g

ρ_a x V_a x g = ρ_ex V_ex g

V_a/V_e = ρ_e/ ρ_a

V_a/V_e = 920/100

V_a/V_e = 0,92 atau

V_a = 0,92 V_e

Volume air yang dipindahakan adalah 0,92 atau 92% bagian volume es, ini artinya volume yang tenggelam adalah 92%.

Jadi volume es yang terapung adalah 100% – 92 % = 8 %

4). Contoh Soal Perhitungan Gaya Archimedes Buoyant Force Berat Benda Dalam Air

Sebuah benda bermassa 4 kg yang memiliki volume 2 x 10^-3 m³ kemudian ditimbang di air yang bermassa jenis ρ_a = 1 gr/cm³ dan g = 10 m/s² maka tentukan:

a). gaya Archimedes yang bekerja pada benda,

b). berat benda di air!

Diketahui:

m = 4 kg

g = 10 m/s²

V = 2 x 10^-3 m³

ρ_a = 1 gr/cm³atau

ρ_a = 1000 kg/m³

Rumus Menentukan Gaya Archimedes Benda Dalam Air

Gaya Archimedes yang dialami oleh benda dalam air dapat dinyatakan dengan rumus berikut:

Fa = ρ_a x V_a x g

Fa = 1000 x 2 x 10^-3 x 10

Fa = 20 N

Jadi benda mendapatkan gaya apung ke atas sebesar 20 N

Rumus Cara Menentukan Berat Benda Dalam Air

Berat benda dalam air dapat dinyatakan dengan menggunakan persamaan rumus berikut:

w_ba = w_b – Fa

w_ba = berat benda dalam air

w_b = berat benda

w_ba = m g − Fa

w_ba = 3 x10 − 15

w_ba = 15 N

Jadi berat benda dalam air adalah 15 N

5). Contoh Soal Hukum Archimedes Menghitung Massa Jenis Benda Terapung Di Air

Suatu benda yang massa jenisnya 800 kg/m³ terapung 1/4 volumeya di atas permukaan zat cair. Berapakah massa jenis zat cair.

Hukum Archimedes: Pengertian Rumus Gaya Apung Benda Terapung Melayang Tenggelam Hidrometer Kapal Laut Kapal Selam Jembatan Ponton Contoh Soal Perhitungan, — Contoh Soal Hukum Archimedes Menghitung Massa Jenis Benda Terapung Di Air

Diketahui:

ρ_b = 800 kg/m³

V_a = V_b – 1/4V_b = 3/4V_b

V_a = volume zat cair yang dipindahkan

V_a = volume benda yang tercelup.

Rumus Menghitung Massa Jenis Zat Cair Hukum Archimedes

Massa jenis zat cair dapat dinyatakan dengan hukum Archimedes seperti berikut:

F_apung= W_berat

Fa = ρ_a x V_a x g

W_b = ρ_bx V_bx g

ρ_a x V_a x g = ρ_bx V_bx g

ρ_a = (ρ_bx V_b)/ V_a

ρ_a = (800 x V_b)/(3/4V_b)

ρ_a = 1067 kg/m²

Jadi Massa jenis zat cair adalah 1067 kg/m³

6). Contoh Soal Perhitungan Tegangan Kawat Hukum Archimedes

Sebuah bola logam padat seberat 30 N diikatkan pada seutas kawat dan dicelupkan ke dalam minyak (ρ = 0,8 g/cm³). Jika massa jenis logam 7,8 g/cm³, berapakah tegangan kawat

Rumus Menentukan Tegangan Kawat Penggantung Benda Tercelup Zat Cair — Contoh Soal Rumus Mencari Perhitungan Tegangan Kawat Hukum Archimedes

Diketahui:

ρ_m = 0,8 g/cm³atau

ρ_m =800 kg/m³

ρ_b = 7,8 g/cm³ atau

ρ_b = 7800 kg/m³

W_b = 30 N

g = 10 m/s²

maka massa bola adalah

m_b = W_b/g

m_b = 30/10 = 3 kg

dan volume bolanya adalah

V_b = m_b/ ρ_b

V_b = 3/7800

V_b = 3,8 x 10^-4 m³

Rumus Menentukan Tegangan Kawat Penggantung Benda Tercelup Zat Cair

Tegangan kawat yang digunakan untuk menggantung benda yang tercelup di zat cair dapat dirumuskan seperti berikut:

Berdasarkan uraian gaya-gaya yang bekerja pada bola, dapat dituliskan persamaan

T + Fa = W_b

T = W_b – Fa

T = W_b – ρ_m V_b g

T = 30 – (800 x 3,8 x 10^-4 x 10)

T = 30 – 3,04

T = 26,96 N

Jadi tegangan tali yang digunakan untuk menggantung bola logam dalam zat cair adalah 26,96 N.

7). Contoh Soal Ujian Pembahasan Perhitungan Hukum Archimedes Volume Benda Di Atas Air

Sebuah benda memiliki volume 2 m³dan massa jenisnya = 800 kg/m3. Jika benda tersebut dimasukkan ke dalam air yang massa jenisnya 1.000 kg/m3, tentukanlah volume benda yang berada di atas permukaan air.

Diketahui:

Diketahui:

V_b = 2 m³,

ρ_b = 800 kg/m³, dan

Massa bendanya adalah

m_b= 2 x 800

m_b = 1600 kg

ρ_a = 1.000 kg/m³.

Rumus Menghitung Volume Benda Berada Di Atas Air

Besarnya volume suatu benda yang berada di atas air dapat dinyatakan dengan menggunakan rumus hukum Archimedes berikut:

Fa = W_b

Fa = ρ_a V g

V = Volume air yang dipindahkan atau

V = volume benda yang tercelup

W_b = m_b.g

ρ_a V g = m_b g

V = m_b/ρ_a

V = 1600/1000

V = 1,6 m³

Jadi volume yang tercelup adalah 1,6 m³

Volume Yang Tidak Tercelup

V_muncul = 2,0 – 1,6

V_muncul= 0,4 m³

Jadi volume benda yang tidak tercelup adalah 0,4 m³

8). Contoh Soal Perhitungan Hukum Archimedes Beban Maksimum Balok Terapung,

Balok kayu bermassa 40 kg memiliki volume 0,1 m³. Jika balok dimasukkan dalam air (ρ = 1000 kg/m³) kemudian diberi beban di atasnya, maka berapakah massa beban maksimum yang dapat ditampung di atas balok itu

Diketahui:

mb = 40 kg

Vb = 0,1 m³

ρ_a = 1000 kg/m³

Rumus Menghitung Beban Masimum Balok Terapung Di Air

Agar balok masih terapung, maka massa beban maksimum dapat dihitung dengan persamaan keseimbangan berikut:

Fa = W + Wb

Wb = berat balok

Wb = mb g

W = beban di atas balok

W = m g

Fa = ρ_a g Vb

sehingga

ρ_a g Vb = m g + mb g

m = ρ_a Vb – mb

m = (1000 x 0,1) – 40

m = 60 kg

Jadi Beban maksimum yang dapat diletakan di atas balok adalah 60 kg.

9). Contoh Soal Perhitungan Hukum Archimedes Menentukan Jumlah Orang Dalam Perahu

Berat perahu kosong adalah 500 N. Perahu akan digunakan untuk kegiatan menyeberang danau. Perahu dapat mengapung dengan aman jika volume perahu yang ada di bawah permukaan air adalah 0,5 m³. Berat rata rata orang beserta bawaannya adalah 562,5 N. Massa jenis air danau adalah 1000 kg/m³. Hitung jumlah orang yang dapat ikut dalam perahu.

Diketahui:

Wp = Berat perahu

Wp = 500 N

Va = volume perahu tercelup atau

Va = volume air yang dipindahkan

Va = 0,5 m³

Wo = berat satu orang dan bawaannya

Wo = 562,5 N

ρ_a = 1000 kg/m³

Rumus Menghitung Gaya Archimedes Pada Perahu

Besar gaya apung yang berkerja pada perahu dapat dinyatakan dengan menggunakan persamaan rumus berikut:

Fa = ρ_a Va g

Fa = 1000 x 0,5 x 10

Fa = 5000 N

Jadi gaya Archimedes pada perahu adalah 5000 N

Rumus Menghitung Jumlah Orang Yang Dapat Naik Perahu

Jumlah orang yang dapat menaiki perahu secara aman dapat dirumuskan dengan persamaan berikut:

Fa = Wp + Wo

Wo = Fa – Wp

Wo = 5000 – 500

Wo = 4500 N

Menghitung Jumlah Orang Naik Perahu

n = 4500/562,5

n = 8 orang

Jadi jumlah orang yang dapat naik perahu adalah 8 orang.

10). Contoh Soal Menentukan Massa Jenis Zat Cair Hukum Archimedes

Berat benda dalam zat cair 120 N dan memiliki volume 1x 10⁴ cm³ dengan berat benda saat di udara adalah 200 N. Apabila percepatan gravitasi 10 m/s², hitung massa jenis zat cair tersebut

Diketahui:

Wu = berat benda di udara

Wu = 200 N

Wa = berat benda di zat cair

Wa = 120 N

Vb = volume benda

Vb = 10.000 cm³ atau

Vb = 1 x 10^-2 m³

g = 10 kg/m³

Rumus Menentukan Gaya Archimedes Pada Benda Oleh Zat Cair

Gaya apung yang dialami oleh benda dalam zat cair dapat dirumuskan seperti berikut:

Fa = Wu – Wa

Fa = 200 – 120

Fa = 80 N

Rumus Menentukan Massa Jenis Zat Benda Hukum Archimedes

Fa = ρ_a V_b g

ρ_a = Fa/(V_b g)

ρ_a = 80/(1 x 10^-2 x 10)

ρ_a = 800 kg/m³

Jadi massa jenis benda adalah 800 kg/m³

11). Contoh Soal Rumus Hukum Archimedes Menentukan Massa Jenis Zat Cair

Sebuah benda dimasukkan ke dalam air dan hanya 10% dari volume benda yang terapung di atas permukaan air. Berapakah massa jenis benda tersebut

Dikehtahui:

Vu = volume benda yang terapung

Vu = 10 %

Va = volume benda yang tercelup

Va = volume air yan dipindahkan

Va = 100 – 10

Va= 90 % atau

Va = 0,90 Vb

Vb = volume benda

g = 10 kg/m³

ρ_a = 1000 kg/m³

Rumus Cara Menentukan Massa Jenis Benda Hukum Archimedes

Massa jenis benda yang Sebagian terapung dapat dinyatakan dengan rumus berikur:

Fa = Wb

Fa = ρ_a Va g

Wb = m_b g

m_g = massa benda

m_g = ρ_b Vb jadi

ρ_a Va g = ρ_b Vb g

ρ_b = (ρ_a Va)/Vb

ρ_b = (1000 x0,90 Vb)/Vb

ρ_b = 900 kg/m³

Jadi massa jenis benda yang tercelup 90% volumenya adalah 900 kg//m³

Daftar Pustaka:

Halliday, David, Robert Resnick, Jearl Walker. 2001. Fundamentals of Physics, Sixth Edition. New York, John Wiley & Sons.
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.
Ganijanti Aby Sarojo, 2002, “Seri Fisika Dasar Mekanika”, Salemba Teknika,
Giancoli, Douglas, 2001, “Fisika Jilid 1, Penerbit Erlangga, Jakarta.
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.

Proses Termodinamika: Pengertian Isobaric Isothermal Isokorik Adiabatic Contoh Soal Rumus Perhitungan 10

Pengertian Proses Isobaric, Isothermal, Isokorik dan Adiabatic. Proses Termodinamika adalah perubahan keadaan gas, yaitu tekanan, volume dan suhunya.

Perubahan ini diiringi dengan perubahan kalor, usaha dan energi dalamnya. Proses- proses yang memiliki sifat- sifat khusus yaitu isobaric, isothermal, isokorik dan adiabatic.

Proses Isobarik

Proses isobarik adalah proses perubahan yang dialami gas pada tekanan system selalu dipertahankan tetap atau ΔP = 0.

Pada garis P – V proses isobarik dapat digambarkan seperti ditunjukkan pada Gambar.

Proses Isobarik, Proses Perubahan Gas pada Tekanan System Tetap.png

Rumus Proses Isobarik – Termodinamika

Usaha proses isobarik dapat ditentukan dari luas kurva di bawah grafik P – V. Usaha atau energi yang dilakukan oleh gas selama proses isobaric dapat diformulasikan dengan rumus persamaan berikut:

W = P (V₂ – V₁) = P (ΔV)

W = usaha/ kerja/ tenaga

P = tekanan

V₁= volume awal

V₂ = volume akhir

Contoh Soal Perhitungan Rumus Proses Isobarik.

Suatu gas dengan volume 1,2 liter secara perlahan dipanaskan pada tekanan konstan 1,5 x 10⁵ N/m² sampai volumenya menjadi 2 liter.

Hitung besarnya usaha yang dilakukan oleh gas tersebut.

Diketahui:

V₁ = 1,2 L,

V₂ = 2 L, dan

P = 1,5 × 10⁵ N/m².

1 liter = 1 dm³ = 10^–3 m³

Rumus Menentukan Usaha Gas Pada Tekanan Tetap Isobarik

Usaha yang dilakukan gas pada tekanan tetap (isobarik) dapat dirumuskan dengan persamaan berikut:

W = P (V₂ – V₁) =

W = (1,5 × 10⁵ N/m²) (2 – 1,2) × 10^–3 m³

W = 120 joule

Jadi, Usaha yang dilakukan oleh sistem gas adalah 120 J

Contoh Soal Lainnya Dan Pembahasan Ada Di Akhir Artikel

Proses Isotermis / Isotermal

Proses isotermis adalah proses perubahan yang dialami gas pada suhu system selalu dipertahankan konstan atau ΔT = 0.

Pada proses isotermis /Isotermal ini berlaku hukum Boyle seperti berikut:

P₁ V₁ = P₂ V₂

Secara grafis, Perilaku Proses isotermis/ isotermal ditunjukkan oleh grafik seperti pada Gambar.

Proses Isotermal, Proses Perubahan Gas pada Temperatur System Tetap

Rumus Perhitungan Proses Isotermal – Termodinamika

Karena suhunya tetap maka pada proses isotermis / isotermal ini tidak terjadi perubahan energi dala m atau ΔU = 0.

Sedangkan usahanya dapat dihitung dari luas daerah di bawah kurva,

W = n R T ln (V₂/ V₁)

Contoh Soal Perhitungan Proses Isotermal Menentukan Usaha Sistem Gas Helium.

Sepuluh mol gas helium memuai secara isotermal pada suhu 47°C sehingga volumenya menjadi dua kali volume semula. Berapa usaha yang telah dilakukan oleh gas helium tersebut.

Diketahui:

T = 47°C = (47 + 273) K = 320 K dan

V₂ = 2V₁.

Rumus Menghitung Usaha Gas Pada Proses Isotermal Isotermis

Usaha yang dilakukan gas pada proses isotermal dapat dihitung dengan menggunakan formulasi rumus persamaan berikut:

W = nRT ln (V₂ / V₁)

W = (10 mol) ( 8,31 J/mol)(320 K) ln(2V₁ / V₁)

W = 26.592 ln 2 = 18.428 joule

Jadi usaha yang dilakukan pada proses isotermal adalah 18.428 J

Contoh Soal Lainnya Dan Pembahasan Ada Di Akhir Artikel

Proses Isokorik

Proses isokorik adalah proses perubahan yang dialami oleh gas di mana gas tidak mengalami perubahan volume atau volume tetap atau ΔV = 0.

Oleh karena itu, usaha yang dilakukan gas pada proses isokorik adalah nol.

Rumua Usaha Pada Proses Isokhorik

Besarnya usaha pada sistem ketika volume dijaga tetap dapat dinyatakan dengan rumus berikut:

W = P (V₂ – V₁) = P (0) = 0

Proses Isokorik, Proses Perubahan Gas pada Volume System Tetap

Contoh Soal Perhitungan Pada Proses Isokorik – Termodinamika

Sepuluh mol gas helium disimpan dalam tabung tertutup, volume 2 lt tetap memiliki tekanan 1,2 x 10⁶ Pa.

Jika gas menyerap kalor sehingga tekanan menjadi 2 x 10⁶Pa maka tentukan perubahan energi dalam dan kalor yang diserapnya.

Diketahui

V = 2 lt = 2 x 10^-3 m³

P₁ = 1,2 x 10⁶Pa

P₂ = 2 x 10⁶Pa

Rumus Menentukan Perubahan Energi Dalam Sistem Proses Isokhorik Volume Tetap

Perubahan energi dalam dapat dihitung dengan menggunakan rumus persamaan berikut:

ΔU= (3/2) n R T

ΔU = (3/2) (n R T₂ – n R T₁)

ΔU = (3/2) (P₂V₂ – P₁V₁)

ΔU = (3/2) (2×10⁶) (2×10^-3) – (1,2x 10⁶) (2×10^-3))

ΔU = 3/2 (400 – 240) = 240 joule

Jadi besarnya perubahan energi dalam sistem adalah 240 J

Rumus Menghitung Jumlah Kalor Yang Diserap Sistem Proses Isokhorik

Jumlah kalor yang diserap gas dapat dinyatakan dengan rumus berikut:

Q = W + ΔU

Q = 0 + 240 = 240 joule

Jadi Besar kalor yang diserap gas sistem adalah 240 J

Contoh Soal Lainnya Dan Pembahasan Ada Di Akhir Artikel

Proses Adiabatik

Proses adiabatik merupakan proses yang tidak ada kalor yang masuk atau keluar dari sistem (gas) ke lingkungan atau ΔQ = 0.

Hal ini dapat terjadi jika terdapat sekat yang tidak menghantarkan kalor atau prosesnya berlangsung cepat.

Rumus Proses Adiabatik

Besarnya kalor yang terlibat pada sistem yang berkerja pada proses adiabatik dapat dinyatakan dengan persamaan berikut:

Q = 0 = ΔU + P ΔV = W = -ΔU

Proses Adiabatik, Proses Tanpa Melibatkan Perubahan Kalor,

Contoh Soal Perhitungan Perubahan Energi Dalam Pada Proses Adiabatis

Dua mol gas ideal memiliki suhu 37 Celcius ternyata tanpa ada perubahan kalor pada sistem gas suhunya naik menjadi 62 Celcius. R = 8,314 J/K. Berapakah perubahan energi dalamnya,

Diketahui:

n = 2 mol

T₁ = 37^OC

T₂ = 62^OC

R = 8,314 J/K

Rumus Perhitungan Perubahan Energi Dalam Sistem Gas Ideal Proses Adiabatik

Perubahan energi dalamnya dapat dihitung dengan mengunakan rumus atau persamaan berikut:

ΔU = (3/2) n R DT

ΔU = (3/2) x ( 2) x (8,314) x (62^OC – 37^OC)

ΔU = 623,7 Joule

Jadi Perubahan energi dalam sistem adalah 623,7 J

Contoh Contoh Soal Dan Pembahasan Proses Isobar Isokhorik Isotermis dan Adiabatik – Termodinamika

1). Contoh Soal Perhitungan Proses Isobarik Menentukan Volume Sistem Gas,

Suatu sistem gas berada dalam ruang yang fleksibel. Pada awalnya gas berada pada kondisi tekanan 2 × 10⁵ N/m² dengan temperature 27º C, dan volume 15 liter.

Ketika gas menyerap kalor dari lingkungan secara isobarik suhunya berubah menjadi 127º C. Hitunglah volume gas akhir dan besar usaha luar yang dilakukan oleh gas

Diketahui:

P₁ = 2 × 10⁵ N/m²

T₁ = 27 + 273 = 300 K

V₁ = 15 liter = 1,5× 10^-2 m³

T₂= 127 + 273 = 400 K

Kondisi isobaric yaitu keadaan dengan tekanan tetap

P₂ = P₁ = P

Rumus Proses Isobarik Perhitungan Volume Gas Pada Tekanan Tetap

Volume gas yang menyerap gas dengan tekanan tetap dapat dinyatakan dengan persamaan rumus berikut:

V₁/T₁ = V₂/T₂

V₂ = T₂V₁/T₁

V₂ = (400 x 1,5 x 10^-2)/300

V₂ = 2 x 10^-2 m³

Jadi, volume gas akhir adalah 2 × 10^-2 m³.

Rumus Cara Mencari Usaha Dilakukan Sistem Gas

Besar usaha yang dilakukan oleh system gas dapat dinyatakan dengan persamaan rumus berikut:

W = P × Δ V atau

W = P × (V₂ – V₁)

W = 2 × 10⁵ (2 × 10^-2 – 1,5 × 10^-2)

W = (2 × 10⁵) × (0,5 × 10^-2)

W = 1 × 10³

Jadi usaha luar yang dilakukan oleh gas sebesar W = 1 × 10³ J

2). Contoh Soal Proses Isotermis Gas Ideal

Gas ideal yang volumenya 2,5 liter dan tekanan 1,6 atm. Jika gas menyerap kalor pada suhu tetap dan tekanannya menjadi 1,25 atm maka berapakah volume gas sekarang?

Diketahui:

P₁ = 1,6 atm ,

V₁ = 2,5 liter

P₂= 1,25 atm ,

V₂ = ?

Rumus Cara Mencari Volume Proses Isotermis Gas Ideal

Volume Pada proses isotermis gas ideal dapat ditentukan dengan menggunakan rumus berikut:

P₂ V₂ = P₁ V₁ atau

V₂ = (P₁ V₁)/ P₂

V₂ = (1,6 x 2,5)/1,25

V₂ = 3,2 liter

Jadi volume gas ideal pada proses isotermis adalah 3,2 liter

3). Contoh Soal Proses Isotermal Menghitung Usaha Kerja Sistem Gas Ideal

Tigs mol suatu gas ideal temperaturnya 27^o C memuai secara isothermal dari 5 liter menjadi 10 liter. Tentukan usaha yang dilakukan oleh gas jika tetapan gas umum adalah R adalah 8,31 J/mol K

Diketahui:

n = 3 mol

T = 27 + 273 = 300 K

V₁ = 5 liter = 5 x 10^-3 m³

V₂ = 10 liter = 1 x 10^-2 m³

Rumus Menentukan Usaha Sistem Gas Pada Proses Isotermal

Besarnya usaha yang dilakukan oleh system gas pada proses isothermal dapat dirumuskan dengan persamaan berikut:

W = n R T ln(V₂/V₁)

W = 3 x 8,31x 300 x ln(10/5)

W = 5184 J

Jadi usaha yang dilakukan oleh system gas pada proses isothermal adalah 5184 J

4). Contoh Soal Perhitungan Perubahan Energi Dalam Proses Isobarik

Empat mol gas ideal monoatomik temperaturnya dinaikkan dari 27^oC menjadi 127^oC pada tekanan tetap.

Jika konstanta gas umum R = 8,31 J/molK, maka hitunglah perubahan energi dalam dan usaha yang dilakukan oleh gas, dan kalor yang diperlukan!

Diketahui :

n = 4 mol

T₁ = 27 + 273 = 300 K

T₂ = 127 + 273 = 400 K

R = 8,31 J/mol k

Δ U = …?

W = …?

Q = ..?

a). Rumus Perhitungan Proses Isobarik Menghitung Perubahan Energi Dalam Sistem Gas

Perubahan energi dalam system gas pada poses iosbarik dapat dirumuskan dengan persamaan berikut:

ΔU = 3/2 n R T (T₂ – T₂)

ΔU = 3/2 x 4 x 8,31 (400 – 300)

ΔU = 4986 J

Jadi, perubahan energi dalam system gas pada proses isobaric adalah 4986 J

b). Rumus Mencari Usaha Kerja Dilakukan Sistem Gas

Besarnya usaha atau kerja yang dilakukan oleh system gas dapat dinyatakan dengan mengguanakan rumus berikut:

W = PΔV

W = P (V₂ – V₁) atau

W = n R (T₂ – T₁)

W = 4 × 8,31 × (400 –300)

W = 3324 J

Jadi, usaha yang dilakukan oleh system gas pada proses isobaric adalah 3324 J

c). Rumus Menghitung Kalor Yang Diperlukan Oleh Sistem Gas

Kalor yang diperlukan oleh gas pada proses isobaric dapat dirumuskan dengan persamaan berikut:

Q = ΔU – ΔW

Q = 4986 + 3324

Q = 8310 J

Jadi, kalor yang butuhkan oleh gas pada proses isobaric adalah 8310 J

5). Contoh Soal Perhitungan Perubahan Energi Dalam Sistem Proses Isobarik

Suatu sistem mengalami proses isobarik. Pada sistem dilakukan usaha sebesar 200 J. Jika kalor yang diserap sistem adalah 300 joule, berapakah besarnya perubahan energi dalam system gas.

Diketahui:

Pada system dilakukan usaha W, sehingga

W = –200 joule

System menyerap kalor Q, sehingga

Q = 300 joule.

Rumus Perhitungan Perubahan Energi Dalam Proses Isobarik

Perubahan energi dalam system proses isobarik dapat dinyatakan dengan rumus berikut

ΔU = Q – W

ΔU = 300 joule – (–200 joule)

ΔU= 500 joule.

Jadi perubahan energi dalam system adalah 500 J

6). Contoh Soal Perhitungan Proses Isotermis Menentukan Usaha Sistem Gas

Lima mol gas ideal menyerap kalor sebesar 250 joule. Kemudian gas melakukan kerja pada temperatur tetap. Hitunglah kerja yang dilakukan system gas tersebut

Diketahui

Pada Suhu tetap atau proses isotermis

ΔT = 0 sehingga

ΔU = 0

Q = 250 joule

Rumus Mencari Usaha Sistem Gas Ideal Pada Isotermis

Pada kondisi isotermis yaitu temperature tetap, maka usaha atau kerja yang dilakukan oleh system dapat dirumuskan dengan persamaann berikut:

Q = ΔU + W atau

W = Q – ΔU

W = 250 – 0

W = 250 Joule

Jadi, usaha atau kerja yang dilakukan oleh system gas pada temepratur tetap adalah 250 J

Proses Termodinamika: Pengertian Isobaric Isothermal Isokorik Adiabatic Contoh Soal Rumus Perhitungan 10

Daftar Pustaka.

Syukri, S., 1999, “Kimia Dasar 2”, Jillid 2, Penerbit ITB, Bandung
Chang, Raymond, 2004, “Kimia Dasar, Konsep -konsep Inti”, Edisi Ketiga, Jilid Satu, Penerbit, Erlangga, Jakarta.
Brady, James, E,1999, “Kimia Universitas Asas dan Struktur”, Edisi Kelima, Jilid Satu, Binarupa Aksara, Jakarta,
Sunarya, Yayan, 2014, “Kimia Dasar 1, Berdasarkan Prinsip Prinsip Kimia Terkini”, Cetakan Ketiga, Yrama Widya, Bandung.
Sunarya, Yayan, 2013, “Kimia Dasar 2, Berdasarkan Prinsip Prinsip Kimia Terkini”, Cetakan Kedua, Yrama Widya, Bandung.
Brady, James, E., 1999, “Kimia Universitas Asas dan Struktur”, Edisi Kelima, Jilid Dua, Binarupa Aksara, Jakarta.
Proses Termodinamika: Pengertian Isobaric Isothermal Isokorik Adiabatic Contoh Soal Rumus Perhitungan 10

Siklus Carnot: Pengertian Rumus Efisiensi Kompresi Ekspansi Adiabatik Isotermal Mesin Kalor Contoh Soal Perhitungan 9

Pengertian Mesin Kalor Siklus Carnot . Siklus Carnot merupakan dasar dari mesin ideal yaitu mesin yang memiliki efisiensi tinggi yang selanjutnya disebut mesin Carnot. Usaha total yang dilakukan oleh sistem untuk satu siklus sama dengan luas daerah di dalam siklus pada diagram P – V (diagram hubungan tekanan P dan Volume V).

Tahap Proses Siklus Carnot Mesin Kalor

Siklus Carnot terdiri atas empat proses yaitu dua proses adiabatis dan dua proses isotermis seperti ditunjukkan pada Gambar.

Siklus Carnot: Pengertian Rumus Efisiensi Kompresi Ekspansi Mesin Kalor Contoh Soal Perhitungan 9, Contoh Soal Rumus Siklus Carnot Perhitungan Efisiensi Mesin Kalor, Cara Menentukan Temperatur Tinggi Reservoir Mesin Carnot, Cara Menentukan Temperatur Rendah Reservoir Mesin Carnot, Pengertian Proses Ekspansi Kompresi Adiabatik Siklus Carnot dan Proses Ekspansi Kompresi Isotermal Siklus Carnot, Siklus Carnot: Pengertian Rumus Efisiensi Kompresi Ekspansi Adiabatik Isotermal Mesin Kalor Contoh Soal Perhitungan 9 — Tahap Proses Siklus Carnot Mesin Kalor

Kurva A-B dan C-D merepresentasikan proses isotermis. Sedangkan B-C dan D-A adalah proses adiabatis.

Mesin ideal Carnot bekerja berdasarkan mesin kalor yang dapat bekerja bolak balik (reversibel).

1). Pada proses A-B, gas mengalami ekspansi isothermal. Selama proses ini, system menyerap kalor sebesar Q₁ pada temperature konstan. Proses ekspansi menyebabkan volume sistem bertambah besar dari V_A menjadi V_B yang diikuti dangan penurunan tekanan dari P_A menjadi P_B.

2). Pada Proses B-C, gas mengalami proses ekspansi adiabatik. Selama proses ini, tidak ada kalor yang keluar atau masuk ke dalam sistem. Volume gas dinaikkan dari V_B menjadi V_Cyang menyebabkan turunnya tekanan dari P_B menjadi P_C.

3). Proses C-D merupakan proses pemampatan secara isotermal. Pada proses ini sistem melepas kalor sebesar Q₂ tanpa terjadi perubahan temperature.

Kompresi menyebabkan volume berkurang dari V_C menjadi V_D.Penurunan volume menyebabkan naiknya tekanan gas dari P_C menjadi P_D.

4). Proses D-A merupakan pemampatan (kompresi) adiabatik. Pada proses ini sistem tidak menyerap ataupun melepas kalor.

Proses kompresi menyebabkan volume mengecil dari V_D menjadi V_A diikuti dengan kenaikkan tekanan dari P_D menjadi P_A.

Rumus Mesin Siklus Carnot

Pada proses A-B proses menyerap kalor Q₁ dan saat proses C-D melepas kalor sisa Q₂. Selama siklus terjadi dapat menghasilkan usaha. Dan berlaku hubungan seperti persamaan berikut.

Q = ΔU + W

Q₁ – Q₂ = 0 + W

W = Q₁ – Q₂

Q = Kalor dimiliki sistem

W = Usaha Yang Dilakukan Sistem

ΔU = energi dalam sistem

Mesin Kalor Siklus Carnot

Dari siklus Carnot diatas untuk kemudian dapat dibuat suatu mesin yang dapat memanfaatkan suatu aliran kalor secara spontan sehingga dinamakan mesin kalor. Perhatikan mesin kalor pada Gambar.

Sesuai dengan siklus carnot maka dapat dijelaskan prinsip kerja mesin kalor. Mesin kalor menyerap kalor dari reservois bersuhu tinggi T₁ sebesar Q₁. Mesin menghasilkan kerja sebesar W dan membuang sisa kalornya ke reservois bersuhu rendah T₂ sebesar Q₂.

Dari penjelasan gambar terlihat bahwa tidak ada sebuah mesin yang memanfaatkan semua kalor yang diserap Q₁ untuk melakukan kerja W. Pasti selalu ada kalor yang terbuang. Artinya setiap mesin kalor selalu memiliki efisiensi. Efisiensi mesin kalor ini didefinisikan sebagai berikut.

η= W/Q₁ x 100%

W = Q₁ – Q₂ substitusikan, sehingga persamaan efisiensi menjadi

η = [(Q₁ – Q₂)/Q₁] x 100%

η = [1 – (Q₂/ Q₁)] x 100%

Untuk siklus Carnot berlaku hubungan Q₂ /Q₁ = T₂/ T₁ sehingga efisiensi mesin Carnot dapat diformulasikan dengan rumus persamaan berikut;

η = [1 – (T₂/ T₁)] x 100%

Keterangan:

η = efisiensi mesin Carnot

T₁ = suhu reservoir bersuhu tinggi (K)

T₂ = Suhu Reservoir bersuhu rendah (K)

Efisiensi Maksimum Siklus Mesin Kalor Carnot.

Efisiensi mesin Carnot merupakan efisiensi yang paling tinggi, hal ini karena mesin merupakan mesin ideal yang hanya ada di dalam teori. Artinya, tidak ada mesin yang mempunyai efisien melebihi efisiensi mesin kalor Carnot.

Berdasarkan persamaan di atas terlihat bahwa mesin kalor Carnot hanya tergantung pada suhu kedua tandon atau reservoir. Untuk mendapatkan efisiensi sebesar 100%, suhu tandon T₂harus = 0 K.

Hal ini dalam praktik tidak mungkin terjadi. Oleh karena itu, mesin kalor Carnot adalah mesin yang sangat ideal. Hal ini disebabkan proses kalor Carnot merupakan proses reversibel. Sedangkan kebanyakan mesin biasanya mengalami proses irreversibel (tak terbalikkan).

1). Contoh Soal Rumus Siklus Carnot Perhitungan Efisiensi Mesin Kalor

Sebuah mesin kalor menyerap kalor dari reservois 450 K sebesar 500 kal. Kemudian membuang usahanya ke reservois bersuhu 350 K sebesar 200 kal. Tentukan efisiensi mesin kalor tersebut

Diketahui:

T₁ = 450 K

Q₁ = 500 kal

T₂ = 350 K

Q₂ = 200 kal

Rumus Mencari Efisiensi Mesin Kalor Siklus Carnot

Efisiensi Mesin Kalor dapat dinyatakan dengan menggunakan persamaan rumus berikut:

eff = [1 – (Q₂/Q₁)] x100%

eff = [1 – (200/500)] x 100%

eff = 60 %

Jadi, efisiensi mesin kalor adalah 60 %.

2). Contoh Soal Siklus Carnot Perhitungan Efisiensi Maksimun Mesin Kalor

Sebuah mesin Carnot menyerap kalor dari tempat bertemperatur 277 ^OC dan membuangnya pada tempat bertemperatur 27^OC. Tentukan efisiensi maksimum mesin Carnot tersebut:

Diketahui:

T₁ = 277 + 273 = 550 K

T₁ = 27 + 273 = 300 K

Rumus Menghitung Efisiensi Maksimum Mesin Kalor Siklus Carnot

Besarnya efisiensi maksimum mesin Carnot dapat dirumuskan dengan menggunakan persamaan berikut:

eff = [1 – (T₂/T₁)] x100%

eff = [1 – (300/550)] x 100%

eff = 45,5 %

Jadi, efisiensi maksimum yang diperoleh mesin Carnot adalah 45,5 %.

3). Contoh Soal Siklus Carnot Menentukan Usaha Yang Dihasilkan Mesin Kalor

Sebuah mesin Carnot memiliki efisiensi maksimum sebesar 60 %. Mesin Carnot tersebut dapat menyerap kalor sebesar 4 x10⁵ joule tiap setengah menitnya. Tentukan usaha maksimum yang dapat dihasilkan oleh mesin Carnot tersebut:

Diketahui:

eff = 60 %

Q = 4 x 10⁵ Joule

Rumus Menentukan Usaha Dihasilkan Mesin Carnot Yang Menyerap Kalor

Besarnya usaha atau kerja atau tenaga yang dihasilkan oleh sebuah mesin Carnot yang menyerap kalor dapat dinyatakan dengan menggunakan persamaan rumus berikut:

eff = (W/Q) x 100 % atau

W = (eff x Q)/100 %

W = (60 % x 4 x 10⁵)/100 %

W = 2,4 x 10⁵ joule.

Jadi usaha yang dihasilkan mesin Carnot adalah 2,4 x 10⁵ joule.

4). Contoh Soal Siklus Carnot Menentukan Usaha Yang Dihasilkan Mesin Kalor

Sebuah mesin Carnot dapat menghasilkan tenaga sebesar 2,4 x10⁵ joule untuk setengah menitnya. Tentukan daya yang dihasilkan oleh mesin Carnot tersebut:

Diketahui:

W = 2,4 x 10⁵ Joule

t = ½ menit

t = 30 detik

Rumus Menghitung Daya Yang Dihasilkan Mesin Carnot

Besarnya daya yang dihasilkan oleh sebuah mesin Carnot dapat dirumuskan dengan menggunakan persamaan berikut:

P = W/t

P = (2,4 x 10⁵)/30

P = 8000 watt

Jadi daya yang dihasilkan mesin Carnot adalah 8000 watt.

5). Contoh Soal Siklus Carnot Perhitungan Kalor Terbuang Mesin Pada Reservoir

Sebuah mesin Carnot menyerap kalor sebesar 600 kJ. Mesin ini bekerja pada reservoir bersuhu 500 K dan 400 K. Berapa efisiensi dan kalor yang terbuang dari mesin Carnot tersebut

Diketahui:

T₁ = 500 K

T₂ = 400 K

Q₁ = 600 kJ

Rumus Menentukan Efisiensi Mesin Carnot Pada Reservoir

Besarnya efisiensi mesin Carnot dapat dihitung dengan menggunakan rumus berikut:

eff = [1 – (T₂/T₁)] x100%

eff = [1 – (400/500)] x100%

eff = [1 – (0,8)] x100%

eff = 20 %

Jadi Efisiensi mesin Carnot adalah 20 %

Rumus Menentukan Kalor Yang Terbuang Mesin Carnot Pada Reservoir

Besarnya kalor yang terbuang oleh mesin Carnot dapat dinyatakan dengan menggunakan persamaan rumus berikut:

eff = [1 – (Q₂/Q₁)] x100% atau

Q₂ = (1 – eff/100%) x Q₁

Q₂ = (1 – 20%/100%) x 600

Q₂ = 480 kJ

Jadi besarnya kalor yang terbuang dari mesin Carnot adalah 480 kJ.

6). Contoh Soal Siklus Rumus Perhitungan Efisiensi Usaha Mesin Carnot Pada Tandon

Sebuah mesin kalor mengambil kalor sebesar 500 joule dari tandon bersuhu dan membuang kalor 200 joule pada tandon bersuhu rendah. Hitunglah:

a). usaha luar yang dilakukan mesin

b). efisiensi mesin

Diketahui:

Q₁ = 500 joule

Q₂ = 200 joule

Rumus Menentukan Usaha Dilakukan Mesin Carnot Pada Tandon

Besarnya usaha atau tenaga yang dihasilkan oleh suatu mesin dapat dinyatakan dengan menggunakan rumus berikut:

W = Q₁ – Q₂

W = 500 – 200

W = 300 joule

Jadi, Besarnya usaha yang dilakukan oleh mesin Carnot adalah 300 Joule.

Rumus Perhintungan Efisiensi Mesin Carnot Pada Tandon

Efisiensi mesin Carnot pada tandon dapat dirumuskan dengan persamaan berikut:

eff = (W/Q₁) x 100 %

eff = (300/500) x 100 %

eff = 60 %

Jadi efisiensi Mesin Carnot pada tandon adalah 60 %

7). Contoh Soal Perhitungan Efisiensi Mesin Kalor Carnot Pada Beda Temperatur

Suatu mesin Carnot dengan reservoir panasnya bersuhu 400 K mempunyai efisiensi 50%. Jika mesin tersebut reservoir panasnya bersuhu 600 K, tentukan efisiensinya

Diketahui:

T_A1 = 400 K

eff_A = 40%

T_B1= 600 K

Rumus Menghitung Efisiensi Mesin Kalor Beda Temperatur

Efisiensi mesin Carnot pada temepratur panasnya berbeda dapat dinyatakan dengan rumus berikut:

eff_A = [1 – (T₂/T_A1)] x100% atau

T₂ = (1 – eff/100%) x T_A1

T₂ = (1- 40%/100%) x 400

T₂ = 240 K

eff_B= [1 – (T₂/T_B1)] x100% atau

eff_B= [1 – (240/600)] x100% atau

eff_B= [1 – (0,4)] x100% atau

eff_B= 60 %

Jadi, efisiendi mesin pada tempeartur yang lebih tinggi adalah 60 %

8). Contoh Soal Siklus Carnot Perhitungan Menaikkan Efisiensi Mesin

Sebuah mesin Carnot yang menggunakan reservoir temperatur tinggi pada 600 K memiliki efisiensi 50%. Agar efisiensi maksimumnya naik menjadi 60%, tentukanlah kenaikan temperatur yang harus dilakukan pada reservoir temperatur tinggi.

Diketahui:

T₁ = 600 K,

eff₁ = 50%,

eff₂ = 60%.

Rumus Efisiensi Mesin Carnot Menentukan Temperatur Tinggi Reservoir

Tempertur reservoir mesin Carnot dapat ditentukan dengan rumus berikut:

eff₁ = [1 – (T₂/T₁)] x100% atau

T₂ = (1 – eff₁/100%) x T₁

T₂ = (1 – 50%/100%) x 600

T₂ = 300 K

Agar efisiensi 60 %, maka temperature tinggi reservoir dihitung dengan rumus berikut:

eff₂ = [1 – (T₂/T₁)] x100% atau

T₁ = T₂/(1 – eff₂/100%)

T₁ = 300/(1 – 60%/100%)

T₁ = 750 K

Jadi, temperature tinggi reservoir mesin Carnot adalah 750 K

9). Contoh Soal Perhitungan Efisiensi Mesin Kalor Siklus Carnot

Sebuah mesin Carnot menyerap kalor sebesar 500 kJ. Mesin ini bekerja pada reservoir bersuhu 600 K dan 400 K. Berapa kalor yang terbuang oleh mesin?

Diketahui :

T₁ = 600 K

T₂ = 400 K

Q₁ = 500 kJ

Rumus Menentukan Efiesiensi Mesin Carnot

Untuk menghitung efisiensi mesin Carnot dapat digunakan persamaan rumus berikut:

η = [1 – (T₂/ T₁)] x 100%

η = [1 – (400/ 600)] x 100%

η = 33,33%

Rumus Menentukan Kalor Yang Terbuang Mesin Carnot

Besar kalor yang terbuang adalah Q₂. Sehingga untuk menghitung Q₂ dapat digunakan persamaan efisiensi berikut:

η = [1 – (Q₂/ Q₁)] x 100%

η = [1 – (Q₂/ 500)] x 100%

33,33 % = [1 – (Q₂/ 500)] x 100%

Q₂ = 333,3 kJ

Jadi pada mesin ada kalor yang dibuang yaitu sebesar 333,3 joule dengan temperature 400 Celcius,

Daftar Pustaka:

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.
Siklus Carnot: Pengertian Rumus Efisiensi Kompresi Ekspansi Adiabatik Isotermal Mesin Kalor Contoh Soal Perhitungan 9
Kurva Diagram Hubungan Tekanan dengan Volume, Grafik Siklus Carnot

Induksi Elektromagnetik

Pengertian Induksi elektromagnetik. Induksi elektromagnetik adalah gejala timbulnya gaya gerak listrik di dalam suatu kumparan atau konduktor bila terdapat perubahan fluks magnetik pada konduktor tersebut atau bila konduktor bergerak relatif melintasi medan magnetik.

Hukum Induksi Faraday menyatakan:

“gaya gerak listrik (ggl) induksi yang timbul antara ujung-ujung suatu loop penghantar berbanding lurus dengan laju perubahan fluks magnetik yang dilingkupi oleh loop penghantar tersebut”.

GGL, Gaya gerak listrik induksi adalah timbulnya gaya gerak listrik di dalam kumparan yang mencakup sejumlah fluks garis gaya medan magnetik, bilamana banyaknya fluks garis gaya itu divariasi. Dengan kata lain, akan timbul gaya gerak listrik di dalam kumparan apabila kumparan itu berada di dalam medan magnetik yang kuat medannya berubah-ubah terhadap waktu.

Hukum Faraday,

Konsep gaya gerak listrik pertama kali dikemukakan oleh Michael, yang melakukan penelitian untuk menentukan faktor yang memengaruhi besarnya ggl yang diinduksi. Faraday menemukan bahwa induksi sangat bergantung pada waktu, yaitu semakin cepat terjadinya perubahan medan magnetik, ggl yang diinduksi semakin besar.

Garis Medan Mangetik Yang Menembus Luas Bidang Permukaan A

Di sisi lain, ggl tidak sebanding dengan laju perubahan medan magnetik B, tetapi sebanding dengan laju perubahan fluks magnetik, Φ_B, yang bergerak melintasi loop seluas A, yang secara matematis fluks magnetik tersebut dinyatakan sebagai berikut:

Φ_B = B.A cos θ …(1)

Dengan B sama dengan rapat fluks magnetik, yaitu banyaknya fluks garis gaya magnetik per satuan luas penampang yang ditembus garis gaya fluks magnetik tegak lurus, dan θ adalah sudut antara B dengan garis yang tegak lurus permukaan kumparan. Jika permukaan kumparan tegak lurus B, θ = 90^o dan Φ_B = 0, tetapi jika B sejajar terhadap kumparan, θ = 0^o, sehingga:

Φ_B = B.A

Hal ini terlihat pada Gambar di mana kumparan berupa bujur sangkar bersisi i seluas A = i². Garis B dapat digambarkan sedemikian rupa sehingga jumlah garis per satuan luas sebanding dengan kuat medan. Jadi, fluks Φ_B dapat dianggap sebanding dengan jumlah garis yang melewati kumparan. Besarnya fluks magnetik dinyatakan dalam satuan weber (Wb) yang setara dengan tesla.meter² (1Wb = 1 T.m²).

Dari definisi fluks tersebut, dapat dinyatakan bahwa jika fluks yang melalui loop kawat penghantar dengan N lilitan berubah sebesar ΔΦ_B dalam waktu Δt, maka besarnya ggl induksi adalah:

ε = –N (ΔΦ_B/Δt) …. (2)

Tanda negatif pada persamaan (2) menunjukkan arah ggl induksi. Apabila perubahan fluks ΔΦ terjadi dalam waktu singkat Δt →0, maka ggl induksi menjadi:

ε = N lim (ΔΦ_B/Δt)

Δ t→0

ε = N (dΦ_B /dt) … (6.4)

dengan:

ε = ggl induksi (volt)

N = banyaknya lilitan kumparan

ΔΦ_B = perubahan fluks magnetik (weber)

Δt = selang waktu (s)

Contoh Soal Perhitungan Gaya Gerak Listrik

Fluks magnetik yang dilingkupi oleh suatu kumparan berkurang dari 0,5 Wb menjadi 0,1 Wb dalam waktu 5 sekon. Kumparan terdiri atas 200 lilitan dengan hambatan 4 Ω . Berapakah kuat arus listrik yang mengalir melalui kumparan?

Penyelesaian:

Diketahui:

Φ₁=0,5 Wb

Φ₂=0,1 Wb

N = 200 lilitan

R = 4Ω

Δt = 5 sekon

Ditanya: I … ?

Jawab:

Besarnya Gaya Gerak Listrik induksi dapat dihitung dengan menggunakan rumus persamaan berikut:

ε = –N (ΔΦ_B/Δt)

ε = -200 [(0,5-0,1)]/5

ε = -200(0,4/5)

ε = -16 volt)

tanda negative (-) pada nilai ggl (ε) menyatakan reaksi atas perubahan fluks, yaitu fluks induksi berlawanan arah dengan fluks magnetik utama. Besarnya Arus yang mengalir melalui kumparan dapat dihitung dengan rumus persamaan berikut:

I = ε /R

I = 16/4 = 4 A

Daftar Pustaka:

Ganijanti Aby Sarojo, 2002, “Seri Fisika Dasar Mekanika”, Salemba Teknika, Jakarta.
Giancoli, Douglas, 2001, “Fisika Jilid 1, Penerbit Erlangga, Jakarta.
Sears, F.W – Zemarnsky, MW , 1963, “Fisika untuk Universitas”, Penerbit Bina Cipta, Bandung,
Ardra.Biz, 2019, “Pengertian Gelombang, Jenis Gelombang, Sifat-sifat Gelombang, Contoh Gelombang, Manfaat fungsi gelombang,
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.
Pengertian Induksi elektromagnetik dan Contoh Induksi elektromagnetik dengan menyebabkan gaya gerak listrik. Perubahan fluks magnetic dengan Bunyi Hukum Induksi Faraday menyatakan. Gaya gerak listrik induksi dan fluks garis gaya medan magnetik. Hukum Faraday dan rumus fluks magnetic dengan Rumus Perhitungan Gaya Gerak Listrik GGL.
Satuan Gaya Gerak Listrik dan Contoh soal gaya gerak listrik dan contoh soal induksi elektromagnetik. Pengertian rapat fluks magnet dengan gambar garis medan magnetic dan satuan weber (Wb) fluks magnetic. Pengaruh jumlah lilitan pada gaya gerak listrik dan Contoh Soal Perhitungan Gaya Gerak Listrik. Arus yang dibutuhkan Gaya gerak lsitrik atau Jumlah Lilita ynang dibutuhkan gaya gerak listrik.

Gelombang Jenis dan Sifat-sifatnya

Pengertian Gelombang. Gelombang dapat didefinisikan sebagai getaran yang merambat melalui medium atau perantara. Contoh Medium atau perantara gelombang adalah zat padat, zat cair, dan gas, contohnya tali, slinki, air, dan udara.

Gelombang Jenis dan Sifat-sifatnya.

Dalam perambatannya, gelombang membawa energi. Contohnya Energi gelombang air laut sangat terasa ketika berdiri di tepi pantai, yaitu terasa ada dorongan gelombang pada kaki.

Gelombang dapat dikelompokkan berdasarkan sifat- sifat fisisnya menjadi seperti penjelasan berikut:

Gelombang Berdasarkan arah getarannya dapat dibedakan menjadi dua, yakni gelombang longitudinal dan gelombang transversal.
Gelombang longitudinal merupakan gelombang yang arah getarannya berimpit dengan arah rambatannya, contohnya gelombang bunyi.
Gelombang transversal adalah gelombang yang arah getarannya tegak lurus dengan arah rambatannya, contohnya gelombang pada tali dan gelombang cahaya.
Gelombang Berdasarkan amplitudonya dapat dibedakan menjadi dua, yakni gelombang berjalan dan gelombang diam atau berdiri.
Gelombang berjalan merupakan gelombang yang amplitudonya tetap pada setiap titik yang dilalui gelombang, contohnya gelombang pada tali.
Gelombang diam atau berdiri adalah gelombang yang amplitudonya berubah, contohnya gelombang pada senar gitar yang dipetik.
Gelobang Berdasarkan zat perantara atau medium rambatannya dapat dibedakan menjadi dua, yakni gelombang mekanik dan gelombang elektromagnetik.
Gelombang mekanik adalah gelombang yang dalam perambatannya memerlukan medium, contohnya gelombang air, gelombang pada tali, dan gelombang bunyi.
Gelombang elektromagnetik merupakan gelombang yang dalam perambatannya tanpa memerlukan medium, contohnya gelombang cahaya.

Sifat- Sifat Gelombang

Adapun Sifat- sifat yang menjadi karakteristik atau ciri – ciri dari gelombang dapat dijelaskan sebagai berikut.

Sifat Gelombang Pemantulan

Pemantulan atau biasa disebut refleksi adalah peristiwa kembalinya (balik) seluruh atau sebagian dari suatu berkas partikel atau gelombang bila berkas tersebut bertemu dengan bidang batas antara dua medium.

Semua gelombang dapat dipantulkan jika mengenai penghalang. Contohnya seperti gelombang stationer pada tali. Gelombang datang dapat dipantulkan oleh penghalang.

Contoh lain adalah peristiwa terjadinya gema yaitu pantulan gelombang bunyi. Gema dapat terjadi di gedung- gedung atau saat berekreasi ke dekat tebing.

Sifat Gelombang Pembiasan

Pembiasan atau refraksi dapat diartikan sebagai pembelokan gelombang yang melalui batas dua medium yang berbeda. Pada pembiasan ini akan terjadi perubahan cepat rambat, panjang gelombang dan arah. Sedangkan frekuensinya tetap.

Sifat Gelombang Interferensi

Interferensi adalah perpaduan dua gelombang atau lebih. Jika dua gelombang dipadukan maka akan terjadi dua kemungkinan yang khusus, yaitu saling menguatkan dan saling melemahkan.

Interferensi saling menguatkan disebut interferensi kontruktif dan terpenuhi jika kedua gelombang sefase.

Interferensi saling melemahkan disebut interferensi distruktif dan terpenuhi jika kedua gelombang berlawanan fase.

Sifat Gelombang Difraksi

Difraksi disebut juga pelenturan yaitu gejala gelombang yang melentur saat melalui lubang kecil atau celah sehingga mirip sumber baru. Besarnya difraksi bergantung pada ukuran penghalang dan panjang gelombang,

Sifat Gelombang Dispersi

Dispersi adalah peristiwa penguraian sinar cahaya yang merupakan campuran beberapa panjang gelombang menjadi komponen- komponennya karena pembiasan. Dispersi terjadi akibat perbedaan deviasi untuk setiap Panjang gelombang, yang disebabkan oleh perbedaan kelajuan masingmasing gelombang pada saat melewati medium pembias.

Sifat Gelombang Polarisasi

Polarisasi merupakan proses pembatasan getaran vektor yang membentuk suatu gelombang transversal sehingga menjadi satu arah. Polarisasi hanya terjadi pada gelombang transversal saja dan tidak dapat terjadi pada gelombang longitudinal. Suatu gelombang transversal mempunyai arah rambat yang tegak lurus dengan bidang rambatnya.

Contoh Soal Ujian Gelombang

Berdasarkan nilai amplitudonya, gelombang dapat dibedakan menjadi dua jenis, yaitu ….

gelombang mekanik dan gelombang stasioner
gelombang elektromagnetik dan gelombang stasioner
gelombang berjalan dan gelombang mekanik
gelombang berjalan dan gelombang stasioner
gelombang berjalan dan gelombang transversal

Contoh Soal Ujian Sifat dan Jenis Gelombang

Jumlah getaran yang terjadi tiap satuan waktu disebut ….

frekuensi getaran
periode getaran
amplitudo
simpangan

Sebuah benda bergerak dengan periode 0,5 detik. Frekuensi getaran benda tersebut adalah ….

5 Hz
2 Hz
0,2 Hz
0,4 Hz

Yang membedakan gelombang transversal dan gelombang longitudinal adalah ….

frekuensinya
amplitudonya
panjang gelombang
arah getarannya

Daftar Pustaka:

Ganijanti Aby Sarojo, 2002, “Seri Fisika Dasar Mekanika”, Salemba Teknika, Jakarta.
Giancoli, Douglas, 2001, “Fisika Jilid 1, Penerbit Erlangga, Jakarta.
Sears, F.W – Zemarnsky, MW , 1963, “Fisika untuk Universitas”, Penerbit Bina Cipta, Bandung,
Ardra.Biz, 2019, “Pengertian Gelombang, Jenis Gelombang, Sifat-sifat Gelombang, Contoh Gelombang, Manfaat fungsi gelombang,
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.
Ardra.Biz, 2019, “Pengertian Gelombang, Jenis Gelombang, Sifat-sifat Gelombang, Contoh Gelombang, Manfaat fungsi gelombang, Energi gelombang air laut, Contoh Media atau perantara rambatan gelombang,
Ardra.Biz, 2019, “Contoh Gelombang Berdasarkan arah getaran, Contoh gelombang longitudinal dan gelombang transversal, Pengertian gelombang longitudinal dan gelombang transversal, Getaran gelombang longitudinal,
Ardra.Biz, 2019, “Arah Getaran gelombang transversal, Gelombang longitudinal, Contoh gelombang longitudinal, arah getaran gelombang longitudinal, Pengertian dan Contoh Gelombang transversal, arah getaran gelombang transversal,
Ardra.Biz, 2019, “Contoh Jenis Gelombang Berdasarkan amplitude, Pengertian gelombang berjalan, Pengertian gelombang diam atau berdiri, Contoh Amplitudo Gelombang berjalan, Contoh Gelombang Amplituda tetap,
Ardra.Biz, 2019, “Pengertian dan contoh Gelombang diam atau berdiri, Gelombang Berdasarkan zat perantara atau medium, Pengertian dan contoh gelombang mekanik, Pengertian dan contoh gelombang elektromagnetik,
Ardra.Biz, 2019, “Medium Perambatan Gelombang mekanik, Perantara Rambatan Gelombang elektromagnetik, Sifat-Sifat Gelombang, Sifat Gelombang Pemantulan, refleksi gelombang adalah, Contoh refleksi gelombang,
Ardra.Biz, 2019, “Sifat Gelombang Pembiasan, refraksi gelombang adalah, Contoh refraksi gelombang, Sifat Gelombang Interferensi, Interferensi kontruktif, Contoh interferensi kontruktif gelombang, Interferensi distruktif, Contoh interferensi distruktif,
Ardra.Biz, 2019, “Sifat Gelombang Difraksi, Contoh Difraksi Gelombang, Sifat Gelombang Dispersi, Contoh Dispersi Gelombang, Sifat Gelombang Polarisasi, Contoh Polarisasi Gelombang,

Perpindahan Kalor: Pengertian Panas Konduksi Konveksi Rediasi Koefisien Konduktivitas Termal Emisivitas Contoh Soal Rumus Perhitungan 10

Pengertian Kalor. 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.

Pengertian Perpindahan Kalor. Kalor berpindah dari satu tempat atau benda ke tempat atau benda lainnya dengan tiga cara, yaitu konduksi (atau hantaran), konveksi (atau aliran), dan radiasi (atau pancaran).

Perpindahan Kalor Konduksi.

Perpindahan kalor yang tidak dikuti dengan perpindahan massanya. Artinya perpindahan kalor ini tidak disertai dengan perpindahan partikel zat secara permnen. Permindahan kalor ini disebut juga perpindahan kalor hantaran.

Perpindahan energi secara konduksi ini banyak terjadi pada zat benda padat, sehingga didefinisikan juga konduksi adalah perpindahan kalor pada zat padat.

Contoh Perpindahan Kalor Konduksi.

Sebuah sendok yang dingin dimasukkan ke dalam air panas. Pada ujung sendok yang bersentuhan dengan udara awalnya dingin. Namun kemudian akan terjadi perubahan pada ujung sendok, mula-mula ujung sendok dingin kemudian suhu naik dan terasa panas.

Perpindahan panas dari sendok yang tercelup air panas ke ujung sendok yang dingin inilah yang disebut perpindahan konduksi.

Rumus Perpindahan Panas Kalor Secara Konduksi

Besarnya kalor yang dipindahkan secara konduksi tiap satu satuan waktu sebanding dengan luas penampang mediumnya, perbedaan suhunya dan berbanding terbalik dengan panjang mediumnya serta tergantung pada jenis mediumnya.

Kalor yang mengalir secara konduksi pada benda per satuan waktu dapat dinyatakan dalam hubungan:

H = k A ΔT/L

Keterangan:

T₁ = ujung benda bertemperatur tinggi,

T₂ = ujung benda bertemperatur rendah,

ΔT = T₂ – T1, ⁰C

A = luas penampang benda, m²

L = Panjang, m

k = koefisien konduksi termal, kal/m.s ^oC atau J/m.s.K atau W/m.K

H = jumlah kalor yang merambat per satuan waktu, J/s atau Watt

Dari rumus diketahui, bahawa peroindahan kalor panas secara konduksi tergantung pada jenis logam, luas penampang penghatar, perbedaa tempertaur pada kedua ujung logam tempat kalor merambant dan Panjangnya bahan yang dilalui kalor.

Perpindahan Kalor Konveksi.

Perpindahan kalor yang disertai dengan perpindahan massa atau medianya. Pada Perambatan kalor ini ada perpindahan massa atau perpindahan partikel- partikel zat perantaranya. Ada aliran dari media perantara. Rambatan kalor konveksi terjadi pada fluida atau zat alir, seperti pada zat cair, gas, atau udara.

Secara sederhananya, Konveksi atau aliran kalor adalah proses di mana kalor ditransfer dengan pergerakan molekul atau zat atau partikel dari satu tempat ke tempat yang lain.

Contoh Perpindahan Kalor Konveksi.

Pendingin udara ruang yang umum disebut dengan AC ruangan adalah contoh perpindahan kalor konveksi. Udara dingin yang keluar dari system AC akan mendinginkan ruangan. Disini ada aliran fluida yaitu udara yang bergerak dari system AC ke ruangan.

Rumus Perpindahan Panas Atau Kalor Secara Konveksi

Jumlah energi kalor persatuan waktu yang diterima oleh fluida sekitarnya secaa konveksi adalah sebanding dengan luas penampang benda yang bersentuhan dengan fluida pada beda temperatur ΔT.

Besarnya kalor yang merambat secara konveksi untuk tiap satuan waktu, dapat dituliskan sebagai berikut.

H = h A ΔT

Keterangan:

H = jumlah kalor yang berpindah tiap satuan waktu,

A = luas penampang aliran,

ΔT = perbedaan temperatur antara kedua tempat fluida mengalir, dan

h = koefisien konveksi termal, kal/m².s °C, atau J/m² .s °C,

Besarnya koefisien konveksi termal h dari suatu fluida bergantung pada bentuk dan kedudukan geometrik permukaan-permukaan bidang aliran serta bergantung pula pada sifat fluida perantaranya.

Perpindahan Kalor Radiasi

Perpindahan Kalor Radiasi adalah perpindahan kalor dalam bentuk gelombang elektromagnetik.

Radiasi suatu benda dipengaruhi oleh suhu benda, sehingga setiap benda yang suhunya lebih tinggi dari sekelilingnya akan mengalami radiasi. Semua benda setiap saat memancarkan energi radiasi dan jika telah mencapai kesetimbangan termal atau temperatur benda sama dengan temperatur lingkungan, benda tersebut tidak akan memancarkan radiasi lagi.

Contoh Perpindahan Kalor Radiasi

Contoh perpindahan radiasi adalah panasnya sinar matahari hingga ke bumi. Panas matahari hingga ke bumi tidak membutuhkan media. Pada radiasi tidak diperlukan adanya aliran zat atau partikel untuk memindahka panas dari matahari ke Bumi.

Fungsi Termoskop

Alat yang digunakan untuk mengetahui adanya radiasi (pancaran) kalor dinamakan termoskop.

Rumus Perpindahan Panas Kalor Cara Radiasi

Dari hasil percobaan yang dilakukan oleh Josef Stefan dan Ludwig Boltzmann, diperoleh besarnya energi per satuan waktu yang dipancarkan oleh benda yang bertemperatur T dinyatakan dengan rumus berikut:

P = e τ T⁴A

Dengan Keterangan:

P = daya yang diradiasikan (watt/W)

e = koefisien emisivitas, besarnya tergantung sifat permukaan benda.

e = koefisien emisivitas (0 < e ≤ 1).

τ = konstanta stefan – Boltzman = 5,672 x10^-8 watt m^-2 K^-4

T = suhu mutlak (K)

A = luas penampang (m²)

Nilai koefisien emisivitas e suatu benda tergantung pada warna permukaan benda tersebut. Permukaan benda yang berwarna hitam sempurna nilai e = 1, sedang untuk benda yang berwarna putih sempurna nilai e = 0. Jadi nilai emisivitas e secara umum adalah 0 s/d 1.

1). Contoh Soal Perhitungan Perpindahan Panas Pada Batang Logam,

Batang logam dengan panjang 1 meter, memiliki luas penampang 50 cm² dan perbedaan temperatur kedua ujungnya adalah 40°C. Jika koefisien konduksi termalnya 11 kal/m.s °C, tentukanlah jumlah kalor yang dirambatkan per satuan waktu.

Diketahui:

k = 11 kal/m.s.°C,

L = 1 meter,

ΔT = 40°C, dan

A = 50 cm2 = 5 × 10^–3 m².

Rumus Cara Mencari Rambatan Kalor Pada Batang Logam

Kalor yang dirambatkan pada logam dapat dinyatakan dengan rumus berikut:

H = k A. ΔT/L

H = (11)(5 x 10^-3)(40)/1

H = 2,2 kal/s

Jadi besar kalor yang dirambatkan pada batang logam adalah 2,2 kal/s

2). Contoh Soal Perhitungan Perpindahan Panas Pada Pelat Besi

Sebuah pelat besi dengan tebal 10 mm memiliki luas penampang 1000 cm². Satu permukaan bertemperatur 170 ⁰C dan permukaan lainnya bertemperatur 150 ⁰C. Hitung besar panas yang melewati pelat setiap detiknya. Koefisien konduksi termal besi 80 W/m.K

Diketahui:

T₁ = 150 ⁰C

T₂ = 170 ⁰C

ΔT = 170 – 150

ΔT = 20 ⁰C

k = 80 W/m.K

L = 10 mm = 0,01 m

A = 1000 cm² = 0,1 m³

Rumus Menghitung Panas Yang Melewati Pelat Besi Secara Konduksi

Besarnya panas yang melewati pelat besi dapat dinyatakan dengan persamaan berikut:

H = k A. ΔT/L

H = (80)(0,1)(20)/(0,01)

H = 16.000 watt atau

H = Q/t

Q/t = 16 kJ/detik

1 Watt = 1 Joule per detik

1W = 1 J/s

Jadi, panas yang melewati pelat besi adalah 16 kJ/detik

3). Contoh Soal Perpindahan Kalor Panas Menentukan Konduktivitas Termal Pelat Logam,

Sebuah pelat logam dengan tebal 5 mm memiliki perbedaan temperature 40 ⁰C antara kedua permukaannya. Pelat tersebut memancarkan 360 kkal/jam pada permukaan seluas 8 cm². Hitung konduktivitas termal logam tersebut:

Diketahui:

L = 5 mm = 0,005 m

ΔT = 40 ⁰C

A = 8 cm² = 0,0008 m²

H= 360 kkal/jam atau

H = 0,1 kkal/detik

Rumus Menentukan Konduktivitas Termal Logam

Besarnya nilai konduktivitas termal suatu logam dapat dirumuskan dengan menggunakan persamaan berikut

H = k A. ΔT/L atau

k = H. L/A. ΔT

k = (0,1 x 0,005)/(0,0008 x 40)

k = 0,0156 kkal/m².s⁰C atau

1 kkal/s = 4184 W

k = 65,37 W/m. ⁰C

Jadi konduktivits termal logam adalah 65,37 W/m. ⁰C

4). Contoh Soal Perpindahan Kalor Menentukan Perambatan Panas Fluida,

Suatu fluida dengan koefisien konveksi termal 0,15 kal/m².s°C memiliki luas penampang aliran 50 cm². Jika fluida tersebut mengalir dari dinding yang bersuhu 100°C ke dinding lainnya yang bersuhu 30°C, kedua dinding sejajar. Berapakah besarnya kalor yang dirambatkan

Diketahui

h = 0,15 kal/m².s °C,

T₁ = 100 °C,

T₂ = 30°C, dan

ΔT = 100 – 30

ΔT = 70 °C

A = 50 cm² = 5 x10^-3 m².

Rumus Mencari Laju Perpindahan Kalor Dalam Fluida,

Rambatan kalor pada fluida dapat dirumuskan dengan persamaan berikut

H = h.A ΔT

H = (0,15) (5 x 10^-3) (70)

H = 5,25 x 10^-2 kal/s

Jadi, besarnya kalor yang merambat dalam fluida per satuan waktu adalah 5,25 x 10^-2 kal/s.

5). Contoh Soal Perhitungan Perpindahan Panas Kalor Pada Radiator Mobil

Suatu radiator pendingin mobil mempunyai luas yang bersinggungan dengan air 400 cm². Beda temperatur antara bahan radiator dan air panas adalah 30 ^oC. Jika bahan radiator adalah logam dengan koefisien konveksi h = 7 Wm^-2 ^oC^-1, maka tentukan laju perpindahan panas kalor pada sistem radiator tersebut.

Diketahui:

A = 400 cm² = 0,04 m²

ΔT = 30⁰C

h = 7 Wm^{-2 0}C^-1

Rumus Mencari Laju Perpindahan Panas Kalor Radiator Mobil

Laju perpindahan panas pada radiator mobil dapat dinyatakan dengan persamaan rumus berikut:

H = h A ΔT

H = 7 x 0,04 x 30

H= 8,4 W atau

H = 8,4 J/s

Jadi laju perpndahan panas kalor pada radiator adalah 8,4 watt atau 8,4 J/detik

6). Contoh Soal Perhitungan Perpindahan Kalor Pada Jendela Kaca

Temperatur sebuah ruangan ber AC adalah 20 ⁰C sedangkan temperature permukaan kaca jendela ruangannya adalah 35 ⁰C. Hitunglah laju perpindahan kalor pada jendela kaca yang luasnya 2 m², jika koefisien konveksi udara pada saat itu adalah 0,8 kal/m.s² ⁰C

Diketahui:

ΔT = 35 – 20

ΔT = 15 ⁰C

A = 2 m²

h = 0,8 kal/m.s² ⁰C

Rumus Menghitung Laju Perpindahan Kalor Pada Kaca Jendela

Laju kalor yang diterima oleh kaca jendela dapat dirumuskan dengan menggunakan persamaan berikut:

H = h A ΔT

H = 0,8 x 2 x 15

H = 24 kal/s

jadi, laju kalor yang diterima kaca jendela adalag 24 kal/detik

7). 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

τ = 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 τ 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

8). 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

τ = 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 τ AT⁴

P = e τ 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

9). Contoh Soal Ujian Perpindahan Kalor

Zat yang dapat memindahkan kalor dengan baik disebut ….

konduktor
konvektor
isolator
induktor

10). Contoh Soal Pakaian Basah Dijemur

Pakaian basah yang dijemur dapat kering karena memperoleh sinar matahari. Peristiwa semacam ini terjadi karena ….

konduksi
penjemuran
radiasi
konveksi

Daftar Pustaka:

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.
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.
Perpindahan Kalor: Pengertian Panas Konduksi Konveksi Rediasi Koefisien Konduktivitas Termal Emisivitas Contoh Soal Rumus Perhitungan 8