Usaha Energi Daya: Pengertian Contoh Rumus Satuan Soal Perhitungan,

Pengertian Usaha.  Dalam ilmu fisika Usaha umumnya didefinisikan sebagai hasil kali antara gaya dan perpindahan benda.  Satuan usaha dalam SI adalah Joule (J). Usaha secara matematis dapat diformulasikan dengan rumus sebagai berikut

W = F s

W = usaha (satuan Joule, J)

F = gaya (satuan Newton, N)

s = perpindahan (satuan meter, m)


Persamaan tersebut menyatakan Usaha sebesar satu Joule dihasilkan atau dikeluarkan oleh gaya sebesar satu Newton untuk memindahkan benda sejauh satu meter.

Rumus Efisiensi Pakai Daya Energi Usaha

Konsep efisiensi adalah suatu perbandingan antara energi atau daya yang dihasilkan dibandingkan dengan usaha atau daya masukan. Efisiensi dirumuskan sebagai berikut.

η = (Wo/Wi) x100% atau

η = (Po/Pi) x 100%

η = efisiensi (%)

Wo = usaha yang dihasilkan (joule)

Wi = usaha yang dimasukkan atau diperlukan (joule)

Po = daya yang dihasilkan (watt)

Pi = daya yang dimasukkan atau dibutuhkan (watt)

Contoh Soal Ujian Perhitungan Rumus Usaha.

Berapakah besarnya usaha yang harus dikeluarkan untuk memindahkan lemari sejauh lima meter dari tempat semula, jika berat lemari adalah 1000 Newton..

Pembahasan:

Diketahui:

F = 1000 N

s = 5 meter

Ditanya Usaha W =…

Jawab

W = F x s

W = 1000 N x 5 m

W = 5000 Nm

W = 5 kJ

Jadi usaha yang diperlukan untuk memindahkan lemari seberat 1000 Newton sejauh lima meter adalah lima kilo joule.

Contoh Contoh Soal Lainnya Beserta Jawaban Ada Di Akhir Artikel

Pengertian Energi

Pengertian Energi. Dalam ilmu fisika Energi dapat didefinisika sebagai kemampuan untuk melakukan suatu usaha atau kerja. Energi kehidupan biasa lebih umum disebut sebagai tenaga.

Energi merupakan besaran turunan dengan satuan Joule (J) sama dengan satuan usaha. Energi merupakan sesuatu yang tidak dapat diciptakan dan dimusnahkan. Energi hanya dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk yang lainnya.

Terdapat suatu hukum yang menguatkan pernyataan di atas dan dikenal dengan Hukum Kekekalan Energi.

Adapun Bunyi pernyataan dari hukum kekekalan energi adalah:

“Energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan, energi hanya dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk lain”.

Jenis Bentuk Energi

Adapun Bentuk atau jenis – jenis energi adalah energi mekanik, energi kimia, energi panas atau kalor, energi listrik, dan energi cahaya.

Energi Mekanik

Energi mekanik adalah energi yang berkaitan dengan gerak atau kemampuan untuk melakukan Gerakan. Energi mekanik dapar diformuasikan secara matematis dengan rumus sebagai berikut

Em = Ek + Ep

Dengan keterangan:

Em = energi mekanik

Ek = energi kinetik

Ep = energi potensial

Jadi energi mekanik merupakan total energi yang dimiliki oleh benda yang merupakan penjumlahan dari energi kinetic dan potensial. Energi ini menunjukkan benda yang bergerak dengan memiliki jarak tertentu dari permukaan acuan.

Sebuah pesawat terbang yang sedang terbang maka pesawat tersebut mempunyai dua energi sekaligus, yaitu energi kinetik dan energi potensial.

Energi Kinetik

Energi kinetik merupakan energi yang dimiliki oleh benda karena geraknya atau Kelajuannya. Jadi Energi kinetik dimiliki oleh benda yang sedang bergerak. Besar energi kinetik sebanding dengan massa benda dan sebanding dengan kuadrat kelajuan atau kecepatannya.

Energi kinetic secara matematis dapat diformulasikan dengan rumus sebagai berikut:

Ek = ½ mv2

Dengan keterangan:

Ek = energi kinetik (satuan Joule, J)

m = massa benda (satuan kg)

v = kecepatan gerak benda (satuan m/s)

Contoh Soal Ujian Perhitungan Rumus Energi Kinetik

Sebuah sepeda motor dengan massa 100 kg bergerak dengan kecepatan 36 km/jam. Hitunglah Berapakah energi kinetik yang dimiliki oleh sepeda motor tersebut.

Penyelesaian:

Diketahui :

m = 100 kg

v = 36 km/jam atau

v = 10 m/s

Ditanya Energi kinetic Ek = …

Jawab :

Ek = 1⁄2 . m . v2

Ek = 1⁄2 . 100 kg . 102 (m/s)2

Ek = 5.000 joule atau

Ek = 5 kJ

Jadi energi kinetic yang dimiliki oleh sepeda motor yang sedang melaju dengan kecepatan 10 m/detik adalah 5 kilo joule.

Contoh Contoh Soal Lainnya Beserta Jawaban Ada Di Akhir Artikel

Energi Potensial

Energi potensial adalah energi yang dimiliki benda karena posisi atau kedudukannya. Energi potensial dimiliki oleh benda yang diam pada jarak tertentu dari suatu permukaan acuan (tanah/ bumi). Energi potensial secara matematis dapat diformulasikan dengan rumus sebagai berikut

Ep = m g h

Ep = mgh

Dengan Keterangan:

Ep = energi potensial (satuan Joule, J)

m = massa benda (satuan kg)

g = percepatan gravitasi (satuan m/s2)

h = ketinggian benda dari acuan (satuan meter, m)

Contoh Soal Perhitungan Rumus Energi Potensial

Buah pepaya yang memiliki massa 500 gram tergantung pada pohonnya pada ketinggian 5 meter di atas tanah. Jika percepatan gravitasi di tempat itu adalah10 m/s2. Hitunglah berapa energi potensial yang dimiliki oleh pepaya tersebut?

Penyelesaian :

Diketahui : m = 500 gram = 0,5 kg

h = 5 m

g = 10 m/s2

Ditanyakan energi potensial Ep = …?

Jawab :

Ep = m . g . h

Ep = 0,5 m x 10 m/s2 x 5 m = 25 joule

Jadi energi potensial yang tersimpan dalam buah papaya pada ketinggian lima meter dari tanah adalah 25 joule.

Contoh Contoh Soal Lainnya Beserta Jawaban Ada Di Akhir Artikel

Pengertian Daya

Daya didefinisikan sebagai laju atau kecepatan dalam suatu usaha. Daya merupakan usaha persatuan waktu.  Daya dapat diformulasikan secara matematis dengan rumus sebagai berikut

P = W/t

Dengan keterangan

P = daya (satuan watt, W)

W = usaha (satuan Joule, J)

t = selang waktu (satuan detik, s)

Contoh Soal Perhitungan Rumus Daya

Sebuah alat pendingin AC rumah dengan daya 1 pk digunakan selama satu jam. Berapakah usaha yang telah dilakukan oleh pendingin AC tersebut.

Pembahasan :

Diketahui :

P = 1 pk = 746 watt

t = 1 jam = 3600 detik

Ditanya usaha W =…

Jawab :

P = W/t atau

W = P . t = 746 x 3600

W = 2.685.600 joule atau 2.685,6 kJ

Jadi usaha yang telah dilakukan oleh pendingin AC selama satu jam adalah: 2.685,6 kJ atau dibulatkan menjadi 2,7 MegaJ.

Contoh Contoh Soal Lainnya Beserta Jawaban Ada Di Akhir Artikel

Energi Kimia

Energi kimia adalah energi yang tersimpan dalam persenyawaan kimia. Energi kimia terdapat pada bahan makanan yang biasa dikonsumsi manusia, seperti nasi, ikan, telur, dan susu. Selain itu energi kimia juga terdapat dalam bahan bakar, seperti kayu arang, batubara, minyak, dan gas alam.

Energi Panas

Energi panas yang lebih dikenal dengan sebutan kalor adalah energi yang dihasilkan oleh gerak internal partakel partikel dalam suatu zat. Sumber energi panas yang sangat besar berasal dari Matahari.

Energi Listrik

Energi listrik adalah energi yang disebabkan oleh adanya arus listrik yaitu muatan listrik yang mengalir. Energi listrik dipindahkan dalam bentuk aliran muatan listrik melalui kawat logam konduktor yang disebut arus listrik.

Energi listrik dapat diubah menjadi bentuk energi yang lain seperti energi gerak, energi cahaya, energi panas, atau energi bunyi. Energi listrik sangat dekat dengan kehidupan manusia karena sangat dibutuhkan untuk mempermudah segala aktivitas kehidupan.

Penggunaan energi listrik di antaranya untuk penerangan di malam hari dan mengoperasikan alat- alat elektronik dan alat komunikasi.

Energi Cahaya

Energi cahaya adalah energi yang dihasilkan oleh gelombang elektromagnet. Energi cahaya alami dan terbesar adalah energi cahaya yang berasal dari matahari.

Perubahan Bentuk Energi

Energi dapat berubah dari satu bentuk energi menjadi energi yang lainnya. Berikut beberapa Conoh Perubahan energi di antaranya adalah:

  1. a) Perubahan energi listrik menjadi energi panas, misalnya pada kompor listrik.
  2. b) Perubahan energi listrik menjadi energi mekanik, misalnya gergaji listrik.
  3. c) Perubahan energi mekanik menjadi energi listrik, misalnya turbin atau generator.
  4. d) Perubahan energi listrik menjadi energi cahaya, misalnya pada lampu.
  5. d) Perubahan energi kimia menjadi energi mekanik, misalnya pada accu atau akumulator.

1).Contoh Soal Perhitungan Usaha Gaya Benda Bergerak Bidang Datar,

Sebuah benda bermassa m = 4 kg ditarik dengan gaya 60 N yang membentuk sudut 600 terhadap permukaan bidang datar  (lihat gambar). Hitung Usaha yang dilakukan gaya tersebut untuk memindahkan benda sejauh 10 m adalah …

Contoh Soal Perhitungan Usaha Gaya Benda Bergerak Bidang Datar,
Contoh Soal Perhitungan Usaha Gaya Benda Bergerak Bidang Datar,

Penyelesaian

Menghitung Usaha Pada Gaya Miring Benda Bergerak

W = F.s

W= 60 cos (60°). 10

W = (60) (1/2) (10)

W = 300 joule

2). Contoh Soal Rumus Perhitungan Gaya Gesek Benda Bergerak

Sebuah benda dengan massa 40 kg ditarik sejauh 50 m sepanjang lantai horizontal dengan gaya tetap 200 N dan membentuk sudut 60o terhadap arah mendatar. Jika gaya gesek terhadap lantai 50 N, maka tentukan usaha yang dilakukan oleh masing-masing gaya!

Contoh Soal Rumus Perhitungan Gaya Gesek Benda Bergerak
Contoh Soal Rumus Perhitungan Gaya Gesek Benda Bergerak

Diketahui:

F = 200 N

a1 = 60o

Fg = 50 N

s = 50 m

Ditanya:

W = … ?

Jawab:

Menghitung Usaha Gaya Pada Benda Bergerak

Usaha yang dilakukan oleh Gaya F adalah:

W1 = F1.s.cos a1

W1= 200 x 50 x cos 60o

W1 = 10.000 x (0,5)

W1= 5.000J

Mnghitung Usaha Dari Gaya Gesek  Benda

Usaha yang dilakukan oleh gaya gesek Fg adalah:

W2 = Fg. s. cos a2

W2 = 50 x 50 x cos 180o

W2 = 2500 x (-1)

W2 = -2500 J

Wt = W1 + W2

Wt = 5000 J – 2.500 J = 2.500 J

Soal ini dapat juga diselesaikan dengan cara seperti berikut

∑Fx = F.cos a1 – Fg

∑Fx = 200 . cos 60o – 50 N

∑Fx = 200 x (1/2) – 50 N

∑Fx = 100 N – 50 N

∑Fx = 50 N

W = ∑Fx . s

W = 50 N x 50 m = 2500 J

3). Contoh Soal Perhitungan Usaha Sepeda Motor Saat Rem

Massa pengerndara dan sepeda motor sebesar 200 kg meluncur dengan kelajuan 50 m/s dan kemudian motor direm melambat hingga berhenti setelah 10 detik. Hitung usaha yang dilakukan selama pengereman berlangsung.

Diketahui:

m = 200 kg

vo = 50 m/s

t = 10 detik

vt = 0

Menghitung perlambatan kecepatan (percepatan tanda negative) dapat dihitung dengan rumus berikut:

vt = vo + a.t

0 = 50 m/s + a (10 s)

a = – 5 m/s2

Menghitung Jarak Pengereman Sepeda Motor

s = v0 t + ½ a t2

s = (50) (10) + ½ (-5) (10)2

s = 500 – 250

s = 250 m

Menghitung Usaha Selama Motor Ngerem

W = F.s

W = m.a.s

W = 200 x (-5) x 250

W = -250.000J

W = -250 kJ

Jadi besarnya usaha yang dilakukan selama pengereman adalah –250 kJ.

4). Contoh Soal Perhitungan Usaha Gaya Angkat Benda Ke Atas

Sebuah balok dengan massa 40 kg di atas lantai diangkat sampai di atas meja dengan ketinggian 5 m. Jika g = 10 m/s2, maka hitung besarnya usaha yang dilakukan pada balok tersebut!

Diketahui :

m = 40 kg

g = 10 m/s2

s = 5 m

Ditanyakan:

W = Usaha

Jawab :

Menghtiung Usaha Ngakat Benda Ke Atas Meja

Usaha yang dibutuh untuk angkat benda ke atas dapat dinyatakan dengan rumus berikut

F = w = m · g

W = F · s

W = m · g · s

W= 40 · 10· 5

W = 2.000 J

W = 2 kJ

Jadi, besarnya usaha yang dilakukan adalah 2 kJ.

5). Contoh Soal Perhitungan Energi Potensial

Sebuah benda yang bermassa 4 kg berada di permukaan tanah. Kemudian, benda tersebut dipindahkan ke atas meja yang memiliki ketinggian 1,0 m dari tanah. Berapakah perubahan energi potensial benda tersebut? (g = 10 m/s2).

Jawab

Diketahui:

m = 4 kg,

h2 = 1,0 m, dan

g = 10 m/s2.

Menghitung Perubahan Energi Potensial Benda Ke Atas:

ΔEp = m.g (h2 – h1)

ΔEp = (4 kg) (10 m/s2) (1,0 m – 0 m)

ΔEp = 40 kg.m/s2 x 1,0 m

ΔEp = 40 joule

Jadi, perubahan energi potensialnya 25 joule.

6). Contoh Soal Perhitungan Energi Potensial Bola Dilempar Vertikal Ke Atas

Sebuah bola bermassa 400 gram dilempar vertikal ke atas hingga mencapai ketinggian 5 m. Bila g = 10 m/s2, hitunglah energi potensial benda pada ketinggian tersebut!

Diketahui :

m = 400 g = 0,4 kg

h = 5 m

g = 10 m/s2

Ditanyakan :

Ep = ….?

Jawab:

Menghitung Energi Potensial Bola Dilempar

Ep = m g h

Ep = 0,4 · 10 · 5

Ep = 20 J

Jadi, energi potensial yang dimiliki benda sebesar 20 J.

7). Contoh Soal Perhitungan Energi Kinetik Burung Terbang

Seekor burung terbang dengan kelajuan 20 m/s. Bila massa burung tersebut adalah 400 gram, maka hitunglah energi kinetic yang dimiliki burung?

Diketahui :

v = 20 m/s

m = 400 g = 0,4 kg

Ditanyakan:

Ek = …. ?

Jawab:

Menghitung Energi Kinetik Burung Terbang

Ek = ½ mv2

Ek = ½ (0,4) x (20)2

Ek = 0,2 x 400

Ek = 80 J

Jadi, energi kinetik yang dimiliki burung sebesar 80 J.

8). Contoh Soal Energi Kinetik Benda Diam Dan Gerak

Sebuah benda bermassa 2 kg mula-mula diam, kemudian bergerak lurus dengan percepatan 5 m/s2. Berapakah usaha yang diubah menjadi energi kinetik setelah 2 sekon?

Diketahui:

m = 2 kg

a = 5 m/s2

v0 = 0

t = 2 s

Ditanya:

W=… ?

Jawab:

v = v0 + a.t

v = 0 + (5)(2) = 10 m/s

Menghitung Energi Kinetik Benda Bergerak

W = ΔEk

W = Ek – Ek0

W = ½ m.v2 – ½ m. v02

W = ½ x 2 x (10)2 – 0

W = 100 J

9). Contoh Soal Perhitungan Gaya Pengereman Mobil Bidang Miring

Sebuah mobil bermassa 1200 kg menuruni sebuah bukit bersudut 300 seperti ditunjukkan pada gambar. Pada saat laju mobil 12 m/s, pengemudi mengunjak rem. Hitung berapa gaya konstan F yang sejajar dengan jalan yang terjadi jika mobil berhenti setelah menempuh jarak 100 meter.

Contoh Soal Perhitungan Gaya Pengereman Mobil Bidang Miring
Contoh Soal Perhitungan Gaya Pengereman Mobil Bidang Miring

Diketahui

m = 1200 kg

a = 30o

v1 = 12 m/s

v2 = 0

h2 = 0

h1 = 100 sin(300)

h1 = 50 m

s = 100 m

Besar energi total mobil adalah

Ek + EP = W

Menghitung Energi Kinetik Mobil

Ek = ½ m.v22 – ½ m. v12

Ek = (0) – ½ (1200) (12)2

Ek = – 86.400 J

Menghitung Energi Potensial Mobil

Ep = m.g.h2 – m.g.h1

Ep = (1200)(9,8)(0) –  (1200)(9,8)(100 sin30o)

Ep = 0 – (11760)(50)

Ep = 588.000 J

Menghitung Usaha Pengereman Mobil

W = Ek + EP

W = – 86.400 + – 588.000

W = 674.000 J

Menghitung Gaya Pengereman Mobil

W = F.s

F = W/s

F = 674.000/100

F = 6740 J

F = 6,74 kJ

10). Contoh Soal Perhitungan Energi Kinetik dan Jarak Benda Bergerak

Sebuah benda bermassa 4 kg berada dalam keadaan diam pada sebuah bidang datar yang licin. Kemudian, pada benda tersebut bekerja sebuah gaya F = 50 N sehingga kecepatannya menjadi 10 m/s. Tentukanlah usaha yang dilakukan oleh gaya F, dan jarak yang telah ditempuh benda tersebut.

Jawab

Diketahui:

v1 = 0, awal benda diam,

v2 = 10 m/s,

m = 4 kg.

F = 50 N

Rumus Menghintung Usaha Benda Bergerak

Usaha Yang dilakukan Gaya F adalah energi kinetic dan dapat dinyatakan dengan persamaan berikut:

W = ½ m.v22 – ½ m.v12

W = ½(4 kg) x (10m/s)2 – 0

W = 200 Joule

Rumus Menghitung Jarak Tempuh Benda Energi Kinetik

Jarak yang ditempuh benda akibat adanya energi kinetic dapat dihitung dengan rumus berikut

W = F . s

s = W/F

s = 200/50

s = 4 sekon

11). Contoh Soal Rumus Perhitungan Daya Naik Tangga

Seseorang yang massanya 60 kg berlari menaiki tangga yang tingginya 5 m dalam waktu 6 sekon. Berapakah daya yang dihasilkan orang tersebut? (g = 10 m/s2).

Diketahui:

m = 60 kg

h = 5 m

t = 6 s

g = 10 m/s2

Ditanya:

P = … ?

Jawab:

Rumus Menghitung Daya Banda Gerak Naik

P = (F.s)/t = (m.g.h)/t

P = (60 x 10 x 5)/6

P = 500 watt

12). Contoh Soal Perhitungan Daya Orang Naik Tangga Tower

Seorang petugas PLN yang massanya 60 kg menaiki tangga sebuah tower yang tingginya 20 m dalam waktu 4 menit. Jika g = 10 m/s2, berapakah daya yang dikeluarkan petugas PLN tersebut?

Jawab

Diketahui:

m = 60 kg,

h = 20 m,

t = 4 menit x 60 = 240 sekon

g = 10 m/s2.

Jawab:

Rumus Mengitung Usaha Naik Tangga Tower

Usaha untuk menaiki tangga tower dapat dinyatakan dengan rumus berikut

W = m.g.h

W= (60kg)(10m/s2)(20m)

W = 12000 Joule

Rumus Menghitung Daya Naik Tangga

Daya Yang dikeluarkan dapat dihitung dengan rumus berikut

P = W/t

P = 12000/240

P = 50 watt

13). Contoh Soal Perhitungan Daya Pesawat Terbang

Sebuah mesin pesawat terbang mampu memberikan gaya dorong sebesar 400 kN. Berapakah daya yang dihasilkan mesin ketika pesawat mengangkasa dengan kecepatan 500 m/s?

Jawab

Diketahui:

F = 400.000 N dan

v = 500 m/s

P = F.v

P = (400.000 N)(500 m/s)

P = 200.000.000 watt

P = 200 Mega watt

15). Contoh Soal Perhitungan Daya Pacu Kelajuan Mobil

Sebuah mobil bermassa 1 ton dipacu dari kelajuan 36 km/jam menjadi 144 km/jam dalam 3 sekon. Jika efisiensi mobil 80 %, tentukan daya yang dihasilkan mobil!

Diketahui:

m = 1 ton = 1000 kg

v1 = 36 km/jam

v1 = 10 m/s

v2 = 144 km/jam

v2 = 40 m/s

t = 3 s

Ditanyakan:

P = . . .?

Jawab:

Menentukan Usaha Yang Dilakukan Mobil

Usaha yang dilakukan mobil merupakan perubahan energi kinetic, karena mobil bergerak di jalan tidak memiliki energi potensial. Sehingga dapat dinyatakan dengan rumus berikut:

W = Ek = ½ m.v22 – ½ m.v12

W = ½ (1000)x (402 – 102)

W = 500 x (1500)

W = 750.000 J

W = 750 kJ

Menentukan Daya Yang Dibutuhkan Oleh Mobil

Pi = W/t

Pi = 750kJ/3

Pi = 250 kJ

Menentukan Daya Dihasilkan Mobil

eff = (Po/Pi) x 100%

Po = eff x Pi

Po = 80% x 250 kJ

Po = 200 kWatt

16). Contoh Soal Rumus Perhitungan Daya Pompa Air

Sebuah mesin pompa air dapat memindahkan air sebanyak 600 liter ke dalam bak pada ketinggian 10 meter selama 5 menit. Jika efisiensi mesin pompa adalah 80 persen, hitung daya listrik rata rata yang diperlukan.

Jawab:

Diketahui:

m = 600 liter = 600 kg

h = 10 meter

t = 5 menit = 300 sekon

Menghitung Daya Pompa

Daya yang diperlukan untuk memindahkan air dapat dinyatakan dengan rumus seperti berikut:

P = W/t

P = m.g.h/t

P = (600x10x10)/300

P = 200 watt

Efisiensi Mesin Pompa 80 % sehingga daya yang harus disiapkan adalah:

P = (200watt)/(80%)

P = 250 watt

Jadi daya pompa yang harus disiapkan agar dapat memberikan daya rata rata sebesar 200 watt adalah 250 watt.

17). Contoh Soal Perhitungan Energi Mekanik Benda

Sebuah benda berada dalam keadaan diam pada ketinggian 200 cm dari permukaan tanah. Massa benda 4 kg dan percepatan gravitasi bumi g = 10 m/s2. Tentukan energi mekanik benda tersebut.

Jawab

Diketahui:

v = 0 m/s,

m = 4 kg

h = 200 cm = 2 m,

g = 10 m/s2.

Rumus Menghitung Energi Mekanik Benda

EM = EP + EK

EM = m.g.h + ½ m.v2

EM= (4 kg)(10 m/s2)(2 m) + 0 = 40 joule

Jadi, energi mekanik benda yang diam di ketinggian tertentu akan sama dengan energi potensialnya, karena energi kinetiknya nol.

Daftar Pustaka:

  1. Halliday, David, Robert Resnick, Jearl Walker. 2001. Fundamentals of Physics, Sixth Edition. New York, John Wiley & Sons.
  2. Tipler, Paul, 1998, “Fisika untuk Sains dan Teknik”, Jilid 1,Pernerbit Erlangga, alih bahasa: Prasetyo dan Rahmad W. Adi, Jakarta.
  3. Ardra.Biz, 2019, “Pengertian Usaha, Pengertian Energi, Pengertian Daya, Satuan usaha dalam SI,
  4. Sears, F.W – Zemarnsky, MW , 1963, “Fisika untuk Universitas”, Penerbit Bina Cipta, Bandung,
  5. Giancoli, Douglas C. 2000. Physics for Scientists & Engineers with Modern Physics, Third Edition. New Jersey, Prentice Hall.
  6. Tipler, Paul, 2001, “Fisika untuk Sains dan Teknik”, Jilid 2, Penerbit Erlangga, alih bahasa: Bambang Soegijono, Jakarta.
  7. Ganijanti Aby Sarojo, 2002, “Seri Fisika Dasar Mekanika”, Salemba Teknika,  Jakarta.
  8. Giancoli, Douglas, 2001, “Fisika Jilid 1, Penerbit Erlangga, Jakarta.
  9. Rangkuman Ringkasan: Usaha adalah perkalian antara gaya dan perpindahan benda. Satuannya dalam joule, dan dinyatakan dengan rumus: W = F x s
  10. Energi adalah kemampuan untuk melakukan usaha. Energi tidak dapat dimusnahkan. Energi hanya dapat berubah bentuk.
  11. Energi potensial adalah energi yang dimiliki benda karena kedudukannya (posisinya), yaitu: EP = mgh
  12. Energi kinetik adalah energi yang dimiliki oleh benda yang bergerak, yaitu: EK =1/2 mv2
  13. Energi mekanik adalah jumlah energi potensial dan energi kinetik yang terdapat pada benda, yaitu EM = EP + EK
  14. Hukum Kekekalan Energi Mekanik menyatakan bahwa energi mekanik benda tetap. Hukum ini berlaku apabila tidak terdapat gaya luar yang bekerja pada benda. Dinyatakan dengan rumus: EM1 = EM2 atau EK1 + EK1 = EP2 + EK2
  15. Daya dinyatakan sebagai usaha per satuan waktu. Satuannya dalam joule/sekon atau watt. Dan dinyatakan dengan rumus:  P=W/t
  16. Efisiensi adalah perbandingan antara energi atau daya keluaran dan masukan yang dinyatakan dengan rumus: Efisiensi = energi keluaran/energi masukan x 100%
  17. Pengertian Usaha, Pengertian Energi, Pengertian Daya, Satuan usaha dalam SI, rumus perhitungan usaha, satuan gaya, Contoh Soal Ujian Perhitungan Rumus Usaha,
  18. Pengertian Energi, Jenis dan Contoh Energi, satuan energi Joule (J), Bunyi Pernyataan Hukum Kekekalan Energi, Jenis Bentuk Energi, Pengertian dan Contoh Energi Mekanik,
  19. Pengertian Energi Kinetik, Contoh Energi Kinetik, Rumus Energi kinetic, Contoh Soal Perhitungan Rumus Energi Potensial, Contoh Soal Ujian Perhitungan Rumus Energi Kinetik,
  20.  Pengertian  Energi Potensial, Contoh Energi potensial, Rumus Energi Potensial, Pengertian dan contoh soal Daya, Contoh Daya, Satuan daya watt, Contoh Soal Ujian Perhitungan Rumus Daya,
  21. Energi Kimia, Contoh Energi kimia, Fungsi Energi Kimia, Fungsi dan Contoh Energi Panas, Fungsi Contoh Energi Energi Listrik, Fungsi Contoh Energi Cahaya,
  22. Perubahan bentuk  energi, Perubahan energi listrik menjadi energi cahaya, Perubahan energi listrik menjadi energi mekanik, Perubahan energi mekanik menjadi energi listrik, Perubahan energi kimia menjadi energi mekanik, Perubahan energi listrik menjadi energi panas,

Perubahan Wujud Zat Benda: Pengertian Pengaruh Kalor Laten Titik Lebur Beku Didih Uap Embun Contoh Soal Rumus Cara Perhitungan 7.

Pengertian Kalor. Dalam kehidupan sehari hari, umumnya kalor sering digunakan untuk menyatakan panas atau bahang. Namun sebenaranya, kalor adalah salah satu bentuk dari energi. Energi kalor disebut juga dengan energi panas.

Kalor adalah energi yang dipindahkan dari benda yang memiliki temperatur tinggi ke benda yang memiliki temperatur lebih rendah. Sehingga pengukuran kalor selalu Terkait dengan perpindahan energi.

Kalor dapat juga didefinisikan sebagai Energi yang diterima atau dilepaskan oleh suatu zat sehingga suhu zat tersebut naik atau turun atau bahkan berubah wujudnya.

Satuan Kalor

Menurut sistem Satuan Internasional, satuan untuk energi adalah joule (dinitasikan dengan huruf J). Namun terdapat satuan kalor yang lain yang umum digunakan dalam ilmu pengatahuan dan kehidupan sehari-hari, yang di antaranya adalah kalori (dinotasikan dengan kal) dan kilokalori (dinotasikan dengan kkal).


1 kkal = 1.000 kal, atau

1 kkal = 103 kal

Pengertian Kalori

Satu kalori adalah banyaknya kalor yang diperlukan oleh satu gram air untuk menaikkan suhunya sebesar 10C.

Percobaan Joule dapat membuktikan bahwa terdapat korelasi antara satuan kalor (yaitu kalori) dengan satuan energi potensial (yaitu joule) dengan kesetaraan bahwa satu kalori sama dengan 4,2 joule. Atau

1 kal = 4,2 joule

Hubungan antara satuan kalor dengan satuan energi mekanik disebut dengan tara kalor mekanik (umumnya dinotasikan dengan huruf A). sehingga:

Nilai A = 4,2 × 103. Artinya, 1 kilokalori = 4,2 × 103 joule.

Di beberapa negara, khususnya  Inggris dan Amerika Serikat satuan yang digunakan untuk menyatakan energi adalah British Thermal Unit yang secara resmi dinotasikan dengan  BTU. Hubungan antara BTU, Kal dan joule adalah sebagai berikut:

1 BTU = 0,252 kkal = 1055 J

Pengaruh Kalor Terhadap Temperature  Zat atau Benda.

Semua zat atau benda yang temperaturnya lebih dari temperature nol mutlak (Temperatur benda > 0 K) pada dasarnya mengandung kalor. Kandungan kalor ini pada akhirnya akan menentukan tinggi rendahnya temperature zat benda tersebut. Temperatur zat benda akan berubah ketika zat tersebut melepas atau menerima kalor.

Jika suatu zat benda dipanaskan, berarti pada benda tersebut telah ditambahkan kalor, sehingga temperaturnya menjadi naik.  Begitu juga Sebaliknya, jika kalor dilepaskan dari suatu zat benda, maka temperature zat benda tersebut akan turun.

Memanaskan air dalam panci dengan kompor merupakan contoh yang baik bagaimana kalor dapat menaikan temperature suatu zat. Awalnya air dingin, temperaturnya rendah, sekitar 25 sampai dengan 30 Celcius (tergantung temperature lingkungannya). Setelah diberi energi kalor dari api kompor, maka temperatur air naik menjadi lebih panas. Ini artinya kalor dapat menaikkan tempeatur zat.

Banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan tempertur benda dari T0 menjadi T dapat dihitung dengan menggunakan formulasi yang dirumuskan sebagai berikut.

Q = m c (T – T0)

Keterangan:

Q = banyak kalor dibutuhakan dengan satuan joule (J)

m = massa zat benda dengan satuan kg

T – T0 = kenaikan temperature  benda dengan satuan °C

T0 = temperatur mula-mula benda dengan satuan °C

T = temperatur akhir benda dengan satuan °C

c = konstanta pembanding yang dinamakan kalor jenis benda dengan satuan J/kg C°

Contoh Soal Pembahasan Di Akhir Artikel

Pengertian Kalor Jenis

Kalor jenis (c) adalah banyak kalor yang diperlukan oleh 1 kg zat untuk menaikkan temperatur sebesar 1°C. Nilai kalor jenis (c) ini bergantung pada jenis zat.

Pengaruh Kalor Terhadap Wujud Zat Benda.

Salah satu pengaruh kalor terhadap suatu zat benda adalah perubahan wujud. Zat atau benda dapat berwujud padat, cair, dan gas sesuai temperatu zat itu. Namun Pada saat terjadi perubahan wujud, misalnya es menjadi air, temperatur zat adalah tetap. Kalor yang diterima disimpan sebagai energi potensial molekul molekul zat tersebut.

Pengertian Kalor Laten

Kalor laten adalah jumlah kalor yang digunakan 1 kg zat untuk berubah wujud pada suatu temperature (titik) transisinya. Kalor laten (kalor tersembunyi) ada dua macam, yaitu kalor lebur dan kalor didih.

Kalor dan Temperatur Lebur dan Beku

Pengertian Titik Lebur – Beku

Temperatur ketika zat benda berubah dari wujud padat ke wujud cair disebut titik lebur, sedangkan temperatur ketika zat berubah wujud dari cair ke padat disebut titik beku.

Pengertian Kalor Laten Peleburan

Kalor laten peleburan atau kalor lebur suatu zat adalah banyaknya kalor yang diserap oleh satu satuan massa (g atau kg) zat tersebut untuk mengubah wujudnya dari padat ke cair pada temperatur (titik) leburnya.

Pengertian Kalor Laten Pembekuan

Kalor laten pembekuan atau kalor beku suatu zat benda adalah banyaknya kalor yang dilepaskan oleh satu satuan massa (g atau kg) zat tersebut untuk mengubah wujudnya dari cair menjadi padat pada temperatur (titik) bekunya.

Untuk suatu zat berlaku:

Titik Lebur =Titik Beku

Kalor Lebur = Kalor Beku

Rumus Kalor Lebur – Beku

Banyaknya kalor (Q) yang diperlukan untuk melebur m kg zat dapat hitung dengan menggunakan formulasi yang dirumuskan seperti berikut:

Q = m × L

Keterangan:

Q = banyak kalor yang diperlukan untuk melebur zat, satuannya joule (J)

m = massa zat yang melebur, satuannya kilogram (kg)

L = kalor laten zat, satuannya joule/kg (J/kg)

Karena kalor laten lebur sama dengan kalor laten beku, maka persamaan di atas berlaku juga untuk menghitug kebutuhan kalor pada peristiwa membeku. Sehingga Kalor laten lebur dan kalor laten beku dapat dinotasikan dengan huruf L saja.

L lebur = L beku = L

Setiap zat mempunyai titik lebur dan kalor lebur yang berbeda- beda.

Contoh Soal Pembahasan Di Akhir Artikel

Kalor dan Temperatur Didih dan Embun

Pengertian Titik Didih Uap – Embun

Temperatur saat zat benda berubah wujud dari cair ke gas disebut titik didih (uap), sedangkan Temperatur saat zat benda berubah wujud dari gas ke cair disebut titik embun.

Pengertian Kalor Laten Didih – Uap

Kalor Laten uap atau kalor didih (uap) suatu zat benda adalah banyaknya kalor yang diserap oleh satu satuan massa (g atau kg) zat tersebut untuk mengubah wujudnya dari cair ke uap atau gas pada temperatur (titik) didihnya.

Pengertian Kalor Laten Embun

Kalor Laten embun suatu zat benda adalah banyaknya kalor yang dilepaskan oleh satu satuan massa (g atau kg) zat benda tersebut untuk mengubah wujudnya dari gas atau uap menjadi cair pada temperatur (titik) embunnya.

Untuk suatu zat berlaku:

Titik Didih (uap) = Titik Embun

Kalor Didih (uap) = Kalor Embun

Rumus Kalor Didih – Uap

Banyaknya  kalor (Q) yang diperlukan untuk mendidihkan atau menguapkan m kg zat dapat hitung dengan menggunakan formulasi yang dirumuskan seperti berikut:

Q = m × U

Keterangan:

Q = banyak kalor yang diperlukan untuk mendidihkan atau menguapkan zat, satuannya joule (J)

m = massa zat yang menguap, satuannya kilogram (kg)

U = kalor laten uap zat, satuannya joule/kg (J/kg)

Kalor laten didih atau uap dan kalor laten embun dinotasikan dengan huruf U.

Secara umum kedua persamaan tersebut dapat dinyatakan dengan formulasi yang dirumuskan sebagai berikut::

Q = m × l

m = massa benda (kg atau g)

l = kalor laten Zat (J/kg atau erg/g atau kal/g)

Pada perubahan wujud dari padat ke cair, kalor laten adalah kalor lebur. Sebaliknya, pada perubahan wujud zat cair ke padat, kalor latennya disebut kalor beku. Pada perubahan wujud zat dari cair ke gas, kalor latennya adalah kalor uap. Sebaliknya, pada perubahan wujud zat dari gas ke cair kalor latennya adalah kalor embun.

1). Conth Soal Ujian Perhitungan Kalor Untuk Menaikkan Temperatur Air

Air sebanyak 200 gram dipanaskan menggunakan kompor dari temperatur awal air adalah 30 °C hingga mencapai temperatur 70°C. Bila kalor jenis air adalah 4,2 × 103 J/kg °C, maka hitunglah kalor yang diperlukan untuk menaikkan temperature air tersebut…

Diketahui:

massa air = 200 gram = 0,2 kg

T0 = T air = 30°C

T = 70°C

T – T0 = 70 – 30 = 40 C°

c air = 4,2 × 103 J/kg C°

Ditanyakan: Jumlah Kalor yang diperlukan menaikkan temperature air dari 30 Celcius menjadi 70 Celsius dinyatakan dengan Q

Menghitung Kalor Yang Dibutuhkan Menaikkan Temperatur

Besar kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan temperaatur sampai 70 Celcius dapat dirumus seperti berikut:

Q = m c (T – T0)

Q = (0,2 kg)(4,2 × 103 J/kg C°)(40 C°)

Q = 33,6 × 103 J

Q = 33.600 J

Jadi, kalor yang diperlukan adalah sebesar  33.600 J. atau 33,6 KJ

2). Contoh Soal Ujian Nasional Rumus Perhitungan Kalor Didih Uap Air

Sejumlah Uap air yang memiliki massa m kg diembunkan hingga menjadi air. Bila dalam peristiwa tersebut kalor yang dilepaskan oleh uap air sebesar 9,0 × 106 J dan kalor uap air adalah 2,25 × 106 J/kg, maka hitunglah massa uap air tersbut…

Penyelesaian Pembahasan:

Diketahui:

Q = 9,0 × 106 J

U Laten (air) = 2,25 × 106 J/kg

Ditanyakan: massa uap air (m)

Menentukan Massa Uap Air Yang Mengembun

Ketentuan yang berlaku adalah kalor embun sama dengan kalor uap sehingga dapat dinyatakan dengam persamaan seperti berikut:

U (embun) = U (uap) = U

Q = m U

9,0 × 106 J = m (2,25 × 106 J/kg) atau

m = Q/U

m = (9,0 × 106 J)/( (2,25 106 J/kg)

m = 4 kg

Jadi, massa uap air yang mengalami pengembun dan menjadi air adalah 4 kg.

3). Contoh Soal Perhitungan Kalor Lebur Es Menjadi Air

Hitung Berapa jumlah kalor yang dibutuhkan untuk mencairkan es sebanyak 1 kg pada temperatur 0oC menjadi cair seluruhnya. Diketahui kalor laten peleburan es menjadi air adalah 80 kal/g.

Diketahui:

L = 80 kal/g,

m = 1000 gram.

Menghitung Kalor Untuk Mencairkan Es

Besarnya kalor yang dibutuhkan agar es dapat mencair dapat dirumuskan dengan persamaan sebagai berikut:

Q = m L

Q = kalor yang dibutuhkan saat mencairkan es

m = massa zat es

L = kalor laten pencairan/ peleburan atau pembekuan es

Q = 1000 gram × 80 kal/g

Q = 80.000 kal

Q = 80 kkal

Jadi, besarnya kalor yang dibutuhkan untuk meleburkan es menjadi cair seluruhnya adalah sebesar 80 kkal.

4). Contoh Soal Menentukan Kalor Air Menjadi Uap

Berapa banyak kalor yang diperlukan untuk mengubah 5 gram air pada temperature 20° C menjadi uap air pada suhu 100° C?

c = 4.200 J/kg °C

L = 336 J/g

U = 2.260 J/g

m = 5 g = 5 x10-3 kg

ΔT = 100 °C – 20° C

ΔT = 80° C

Menghitung Total Kalor Yang Dibutukhan Untuk Merubah Air Menjadi Uap

Total Kalor yang dibutuhkan untuk merubah wujud air menjadi uap air merupakan penjumlahan kalor dari dua proses yang  dinyatakan dengan persamaan berikut:

QT = Q1 + Q2

QT = Total Kalor

Q1 = kalor menaikkan temperature 0 0C ke 100 0C

Q2 = kalor penguapan dari air menjadi uap

Menghitung Kalor Untuk Menaikkan Temperatur Air Sampai 100 0C

Jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan temperature air sampai 100 Celsius dapat dirumuskan seperti berikut:

Q1 = m.c.ΔT

Q1 = (5 x 10-3)(4200)(80)

Q1 = 1680 J

Menghitung Kalor Penguapan Air Menjadi Uap

Besarnya kalor yang dibutuhkan oleh air agar menjadi uap dapat dihitung dengan rumus berikut:

Q2 = m.U

Q2 = (5) x(2.260)

Q2 = 11.300 J

Menghitung Total Kalor Untuk Merubah Es Menjadi Uap Air

Total kalor yang dibutuhkan untuk merubah air menjadi uap adalah

QT = Q1 + Q2  

QT = 1680 + 11.300

QT = 12.980 J

Jadi, kalor yang dibutuhkan adalah  sebesar  12.980 J

5). Contoh Soal Menentukan Kalor Es Menjadi Uap Air

Berapa banyak kalor yang diperlukan untuk mengubah 4 gram es pada temperature 0° C menjadi uap air pada suhu 100° C?

c = 4.200 J/kg °C

L = 336 J/g

U = 2.260 J/g

m = 4 g = 4 × 10-3 kg

ΔT = 100° – 0°

ΔT = 100° C

Menghitung Total Kalor Yang Dibutukhan Untuk Merubah Es Menjadi Uap Air

Jumlah Kalor dari Es menjadi uap air melibatkan tiga proses yang dinyatakan dengan persamaan berikut:

QT = Q1 + Q2 + Q3

QT = Total Kalor

Q1 = kalor peleburan dari Es menjadi air

Q2 = kalor menaikkan temperature 0 0C ke 100 0C

Q3 = kalor penguapan dari air menjadi uap

Menghitung Kalor Peleburan Es Menjadi Air

Kalor yang dibutuhkan untuk mencairkan es menjadi air dapat dirumuskan dengan persamaan berikut:

Q1 = m. L

Q1 = 4 x 336

Q1 = 1344 J

Menghitung Kalor Untuk Menaikkan Temperatur Air Sampai 100 0C

Jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan temperature air sampai 100 Celsius dapat dirumuskan sebagai berikut:

Q2 = m.c.ΔT

Q2 = (4 x 10-3)(4200)(100)

Q2 = 1680 J

Menghitung Kalor Penguapan Air Menjadi Uap

Besarnya kalor yang dibutuhkan oleh air agar menjadi uap dapat dihitung dengan rumus berikut:

Q3 = m.U

Q3 = 4 x 2.260

Q3 = 9040 J

Menghitung Total Kalor Untuk Merubah Es Menjadi Uap Air

Total kalor yang dibutuhkan untuk merubah es menjadi uap adalah

QT = Q1 + Q2 + Q3

QT = 1344 + 1680 + 9040

QT = 12064 J

Jadi, kalor yang dibutuhkan adalah  sebesar 12064 J

6). Contoh Soal Menghitung Presentase Es Yang Cair

Di dalam gelas terdapat es bermassa 200 g yang bertemperatur  0 OC. Kalor lebur es adalah 80 kal/g. Kemudian Gelas dipanaskan, sehingg es tersebut mendapatkan kalor sebesar 10 kkal. Hitung berapa persen es yang melebur atau mencair.

Diketahui

m1 = 200 g

L = 80 kal/g

Q = 10.000 kal

Menghitung Massa Es Yang Mencair Diberi Kalor (Panas)

Massa es yang melebur dapat ditentukan dengan rumus sebagai berikut.

Q = m.L atau

m = Q/L

m = 10.000/80

m = 125 g

Menghitung Presentase Es Yang Mencair Setelah Dipanaskan (Diberi Kalor)

Massa es yang melebur adalah 125 g berarti prosentasenya adalah:

= (m/m1) x 100%

= (125/200) x100%

= 62,5 %

Jadi es yang mencair adalah 62,5 persen.

7). Contoh Soal Ujian Perhitungan Rumus Asas Black

Air sebanyak 30 kg bersuhu 10 Celcius dipanaskan hingga bersuhu 35 Celcius. Jika kalor jenis air 4.186 J/kg oC, Tentukan kalor yang diserap air tersebut.

Diketahui:

m = 3 kg,

c = 4.186 J/kg oC,

ΔT = (35 – 10) oC = 25 oC

Menghitung Kalor Yang Diserap Air;

Jumlah kalor yang diserap air dapat dinyatakan dengan rumus berikut:

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

Daftar Pustaka:

  1. Giancoli, Douglas, 2001, “Fisika Jilid 1, Penerbit Erlangga, Jakarta.
  2. Giancoli, Douglas C. 2000. Physics for Scientists & Engineers with Modern Physics, Third Edition. New Jersey, Prentice Hall.
  3. Halliday, David, Robert Resnick, Jearl Walker. 2001. Fundamentals of Physics, Sixth Edition. New York, John Wiley & Sons.
  4. Tipler, Paul, 2001, “Fisika untuk Sains dan Teknik”, Jilid 2, Penerbit Erlangga, alih bahasa: Bambang Soegijono, Jakarta.
  5. Tipler, Paul, 1998, “Fisika untuk Sains dan Teknik”, Jilid 1,Pernerbit Erlangga, alih bahasa: Prasetyo dan Rahmad W. Adi, Jakarta.
  6. Ganijanti Aby Sarojo, 2002, “Seri Fisika Dasar Mekanika”, Salemba Teknika,  Jakarta.
  7. Sears, F.W – Zemarnsky, MW , 1963, “Fisika untuk Universitas”, Penerbit Bina Cipta, Bandung,
  8.